三光子显微镜(3P)的典型激发波长为1300-1700纳米，其性能严重依赖于“正确的”脉冲宽度。这是因为脉冲宽度决定了同时可用于引发多光子共振的光子数量。3P色散补偿的任务是管理这些短脉冲，以便它们在通过显微镜时不会被展宽。

3光子成像装置（安装期间）包括色散补偿，用于脉冲持续时间测量的显微镜自相关器和用于波长调谐的OPA （AVUS）。此外：3P显微镜Scientifica, 激光源Amplitude.。图片来源：Christian Wilms。

简而言之，脉冲越短，可用于3P生成的功率就越多。如果在一定（超短）的时间间隔内没有足够的脉冲能量集中，3P过程的效率就会大大降低。如果科学家想要使用经过修改的2P装置进行3P实验，他们就不得不一次又一次地经历这种不幸。
在3P显微镜中保持短脉冲存在两个挑战。首先，3P显微镜中的信号生成与脉冲宽度的倒数平方成正比，而2P显微镜中的信号生成仅与脉冲宽度的倒数成正比（因此不是平方关系）。简单来说，这意味着需要非常短的脉冲（即约40-70fs）才能产生足够的信号。脉冲宽度的微小变化会对信号产生很大的影响。
其次，激光产生的短脉冲在通过显微镜并进入样品后必须保持不变。样品处的脉冲宽度是激光初始脉冲宽度与显微镜光学元件引起的脉冲展宽的组合结果。当通过浸润液、水以及进入生物样品本身时，还会进一步发生脉冲展宽。

图1 脉冲宽度与GDD: 3P显微镜下脉冲宽度与GDD的关系。

脉冲展宽是由群速度色散（GVD）引起的。GVD是材料参数，其物理单位为[fs²/mm]，描述了光学路径长度与色散之间的关系。包括样品在内的完整显微镜系统由多种具有不同GVD的材料组成。
为了补偿脉冲展宽，需要采用复杂的光学补偿布局。色散单元的任务是引入一定的GDD（群延迟色散）来补偿显微镜组件的GVD（色散）。GDD是一个具有物理单位[fs²]的器件参数，在这里描述的是光通过光学路径时需要补偿的总色散。

显微镜装置包括HyperScope (scientific)，色散补偿（APE）和脉宽测量（APE）。图片来源：Christian Wilms

然而，在3P显微镜中使用的波长和光学材料的一个特殊特性是，在显微镜中正负色散之间会出现符号变化（见图3）。因此，用于2P波长的色散补偿器无法提供3P特定的GVD补偿。

图2 所示为2p显微镜中典型显微镜装置色散补偿所需的GDD。上面的线标记了所需的GDD，以补偿高色散光学元件显微镜的色散。较低的线标记所需的GDD来补偿低色散光学元件显微镜的色散。

图3：示出的是在3p显微镜中典型显微镜设置的色散补偿所需的GDD。上面的线标记了补偿3P显微镜色散所需的GDD。下面的线表示所需的GDD，以补偿3P显微镜的色散，需要正负补偿。

对于3P范围内的色散补偿器，需要采用不同于2P方案的补偿方案。
为了应对3P显微镜中的极短脉冲，必须提供显著更小的GDD微调。GDD量的微小变化会对脉冲宽度产生很大影响（见图1）。正如我们之前所学的，维持正确的超短脉冲宽度对于3P过程至关重要。
对于微小波长变化引起的GVD的变化必须进行精确校正，并且必须考虑补偿从正到负（或相反）的转换。
最后但同样重要的是，对于非常短的脉冲（例如50fs及其以下），必须考虑第三阶色散（TOD，光学材料参数，物理单位为[fs³/mm]）的影响，因为TOD会极大地限制最短脉冲宽度。
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