二次谐波显微术是一种新型的非线性光学显微术,不仅具有三维高空间分辨能力,同时还可以避免荧光标记物对活性生物样品的光毒作用以及光漂白现象,在生命科学、材料研究等领域都有十分广泛的应用。目前,有关二次谐波显微术的理论模型通常只能适用于低数值孔径情况,这不利于在高数值孔径条件下对二次谐波显微术的信号分析与解释。因此,有必要为二次谐波显微术建立更合理的理论模型。为此,本论文从以下几个方面对二次谐波显微术的矢量理论模型进行了研究:　　 首先,在低数值孔径条件下,在矢量衍射理论的基础上对傍轴近似在二次谐波显微术中的有效性进行了研究。研究结果表明,样品的二阶非线性极化张量元的相对取值对二次谐波产生有很大的影响,即使在低数值孔径条件下也会导致傍轴近似处理出现失效的情况。无论是采用高数值孔径物镜还是低数值孔径物镜的二次谐波显微系统,相比基于傍轴近似处理的简化模型,矢量理论模型能更准确地描述二次谐波成像过程。　　 其次,利用矢量衍射理论和通用琼斯矩阵建立了偏振二次谐波显微术矢量理论模型,分别在高数值孔径和低数值孔径情况下分析了胶原纤维样品的二次谐波信号的偏振特性。研究结果表明,二阶非线性极化场轴向分量Pz对二次谐波信号的偏振状态有显著影响,当Pz的相对值较大时,二次谐波信号呈现椭圆偏振状态。另外,权重因子和横向分量间的交叉作用也会对二次谐波信号的偏振状态产生影响。采用矢量理论模型更有利于正确分析不同条件下偏振二次谐波显微术的工作特性。　　 最后,利用平面波角谱法和通用琼斯矩阵建立了折射率失配条件下的二次谐波显微术的矢量理论模型,以胶原纤维为具体的观测对象,分析和讨论了不同条件下折射率失配对聚焦激发光场和二次谐波信号的影响。研究结果表明,照明系统存在的折射率失配导致聚焦激发光场出现焦移、强度衰减和半高全宽变宽；在照明系统无折射率失配的条件下,探测系统的折射率失配也会导致探测区域二次谐波信号光场的焦移、强度衰减、轴向分布展宽；不过,对二次谐波信号强度随入射线偏振光偏振方向的变化规律几乎没有影响。