以光为工具的刺激手段和成像手段广泛应用于神经生物学的研究中。光遗传学利用光学刺激选择性地激活光敏蛋白的遗传表达,以此来研究脑的神经信号;基于光纤束的光遗传学刺激及记录系统,是对自由活动的生物进行多脑区刺激和记录廉价易得的手段,然而传统的光纤束光遗传学刺激系统仅能够针对实验设计相应的刺激信号,不具有普适性与可拓展性。荧光显微镜的出现,使得获取对比度和分辨率更高的脑的结构信息成为可能。更大穿透深度和更长观察时间的荧光显微镜,仍然是科研工作者的不懈追求。本文分别对涉及光学刺激的多光纤光遗传学技术和涉及光学成像的光片荧光显微技术与焦点调制显微技术进行了研究。基于实验室所搭建的多光纤光遗传学刺激及记录系统,利用LabVIEW编写了多光纤自定义扫描控制程序,能够实现光纤束中光纤刺激顺序、刺激时间以及是否参与刺激的自定义。此外,针对多光纤束的光纤定位程序,可适用于包含更多光纤的光纤束的坐标定位。整体的控制程序具有高度自由的设置与拓展性,可用于其他多光纤刺激及记录系统。针对实验室搭建的光片荧光显微镜,基于LabVIEW编写了适用于多种硬件组合的光片显微镜控制程序,通过三维位移台、扫描振镜以及相机曝光的同步控制,支持层状光选择照明显微镜和数字的扫描光片显微镜两种系统的控制,能够对大体积生物样本的扫描成像。并且预留了硬件接口以便之后双光片荧光显微镜的硬件拓展。针对焦点调制显微技术,我们提出了一种基于太极图案孔径的焦点调制显微镜（TCFMM）,通过仿真展示了其比D型孔径的焦点调制显微镜（DFMM）拥有更加对称的横向分辨率和更高的轴向分辨率。与共聚焦显微镜（CM）相比,两个正交方向的横向分辨率分别提高了 61.60%和41.37%,轴向分辨率提高了29.67%。TCFMM的信号背景比（SBR）与CM相比增加了 23.26%,与使用D形孔径的FMM（DFMM）相比几乎保持不变。这些空间分辨率和SBR的提升表明TCFMM在深穿透成像方面具有的潜力。