光学显微镜是现代医学、分子学等众多生物应用中不可或缺的成像仪器。但光的衍射效应限制了普通共聚焦显微镜的分辨率在可见光范围内只能达到200-300 nm。这意味着小分子,如:蛋白质、细胞质或其他比这个范围更接近的特征无法被识别。20世纪以来,研究人员开发出来了各种各样的超分辨远场荧光显微成像技术来打破衍射极限。这些远场超分辨技术在原理上主要可以分成两大类,其中一类为基于点扩展函数（PSF）调控工程的技术,另一类为随机开关荧光重构技术。受激发射损耗（STED）显微镜的概念在1994年由Stefan W.Hell教授提出并首次在1999年实现。在过去的几十年里,STED技术在各个不同的维度获得了巨大的发展,如:成像速度,成像分辨率,三维成像等。然而,在普通STED技术中,通常需要GW/cm~2量级的抑制光功率获得较高的分辨率。而过高的激光功率容易造成荧光染料漂白以及光毒性等问题,阻碍了STED技术在生物活体成像的应用。上转换纳米颗粒（UCNPs）是近年来发展迅速的一种全新多光子纳米探针。UCNPs具有发射光谱窄、化学稳定性高、激发与发射光谱间有较大的反斯托克斯光谱分离等优点。与其他多光子过程不同的是,在UCNPs种存在大量的中间激发态,这些中间激发态可以吸收多个低能量的光子并将其转换成高能量的光子,这使得稀土掺杂的上转换纳米晶体反斯托克斯荧光发射的泵浦光强度比传统的非线性光学技术要低几个数量级。为了进一步简化传统STED技术的实验系统并降低上转换稀土纳米材料的饱和功率,本文以掺Yb3+/Tm3+/Tb3+的上转换纳米颗粒为基础,结合980 nm单光束成像系统演示了980 nm激光单光束的超低功率的超分辨显微成像。主要创新研究工作如下:1.系统的表征了NaYF4:Yb3+/Tm3+/Tb3+/Y上转换纳米颗粒饱和发光特性。从实验上验证了在掺杂Tb3+离子浓度越高的情况下,对Tm3+离子发射饱和特性的影响越大,使得共掺杂的Tm3+离子饱和光强越低,当Tb3+离子的掺杂浓度达到2%时,该上转换纳米颗粒的饱和功率降低到0.04 MW/cm~2,相比于未掺杂Tb3+离子时的饱和功率降低了约一个数量级的大小。2.以稀土离子能级跃迁建立动力学模型求解能级速率方程,模拟饱和发射特性。通过模拟仿真从理论上揭示了上转换纳米颗粒的低功率饱和发射特性。表明在上转换纳米颗粒中掺杂Tb3+离子之后能够进一步降低上转换纳米颗粒的饱和光强,从理论上明晰掺杂Tb3+离子后在更低的功率下能够得到更高的分辨率的理论可行性。3.搭建基于UCNPs饱和发射特性的单光束超分辨成像系统。利用980 nm连续光作为激发光对不同掺杂的上转换纳米颗粒进行了单光束的超分辨显微成像实验,最终在980 nm的激光激发功率为15 mw时,涡旋空心型光斑的半高全宽达到32 nm,突破了衍射极限,达到超分辨的目的。