对荧光标记后的生物样品进行显微成像,是生物学、医学等领域将待观察信息可视化的重要的手段之一。近年来持续发展的荧光显微技术帮助人们在微纳尺度观察到生物样品的被标记的结构信息。其中荧光数字全息提供了一种非扫描的快速三维显微成像方法,该技术可以实现荧光样品全息图的记录和三维重建,记录过程无需扫描。荧光数字全息技术利用样品同一点发出的荧光被分束后的空间自相干特性,实现点源全息图的记录,再通过所有点源全息图的非相干叠加,形成荧光样品的全息图。荧光数字全息显微成像技术的优势在于其成像的速度快,成像的横向分辨率高于相同系统参数情形下荧光直接成像的分辨率,但该技术轴向分辨率低于相同结构参数情形下系统直接成像的分辨率,对于三维生物样品或厚生物样品成像无法实现三维层析成像。本文将结构光照明技术与荧光数字全息技术相结合,研究结构光照明的荧光数字全息三维层析成像特性。论文的主要研究工作概括如下:1、阐明了结构光照明荧光数字全息成像基本原理。给出了荧光辐射的基本过程和荧光显微成像的基本原理;阐明了荧光数字全息图的记录和再现过程,并进一步分析了二维、三维结构光照明情形下荧光数字全息的记录过程和实现直接宽场重建、二维超分辨重建、三维层析重建的再现方法。2、研究了二维结构光照明的非相干数字全息层析成像特性。利用Matlab仿真,研究了二维结构光的调制度、归一化空间频率、不同物平面的轴向间距对系统层析成像能力的影响,并结合实验进行验证;设计搭建了二维结构光照明的荧光数字全息显微成像系统,探究了双光束干涉产生的二维结构光照明情形下,荧光数字全息显微系统的成像轴向分辨率和层析特性。3、研究了三维结构光照明的荧光数字全息显微的成像特性。通过Matlab仿真,探究了三维结构光的横向分布和轴向分布,并以此三维结构光为照明光源,探究了荧光样品的轴向距离对层析能力的影响;搭建三维结构光照明的荧光数字全息成像系统,得到了三维结构光的分布特性。制作了不同厚度的三维荧光样品,分别对简单的荧光样品进行了三维超分辨重建和复杂的生物细胞层析重建。