本發(fā)明公開了一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)及其成像方法。本發(fā)明結(jié)合雙光子熒光和光學(xué)衍射層析的雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)，通過控制子系統(tǒng)同步控制，利用光學(xué)衍射層析成像的無標(biāo)記、非侵入、光毒性小的特點(diǎn)解決雙光子熒光成像遇到的問題；同時(shí)，利用雙光子熒光對(duì)衍射層析中的結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，從而對(duì)生物樣品從形態(tài)和化學(xué)特異性進(jìn)行成像，并且雙光子熒光成像裝置簡單無需復(fù)雜的成像光路即能實(shí)現(xiàn)較高的分辨率；基于控制子系統(tǒng)使得兩種模態(tài)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品局部特異性和全局形貌的并行成像表征；本發(fā)明通過光學(xué)衍射層析成像能夠恢復(fù)測(cè)樣品的三維高分辨折射率分布，并同時(shí)對(duì)待測(cè)樣品的雙光子熒光成像進(jìn)行共定位，實(shí)現(xiàn)雙模態(tài)顯微成像。