フェムト秒オーダーの超短パルスレーザー光を細胞・組織に照射すると,光電場と非中心対称性をもつ生体構造物の非線形相互作用により,波長が入射光の1/2になった(2倍の振動数をもつ)光を観察できる.この発生した光を第二高調波という.非中心対称性をもつ生体構造物にはコラーゲン,ミオシン,チューブリンがあり,第二高調波により無染色で観察可能である.