数字全息显微术是一种融合了数字全息术和光学显微术的新型显微术，它通过采用光电耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor，CMOS)对光学全息图进行离散化数字记录，并利用计算机对数字全息图进行数值再现，从而定量获取原始物光场的振幅和相位分布，具有能够对被测样品进行无损测量并且检测精度高、测量速度快等特点。正是这样，数字全息显微术在生物细胞检测、微光学元件结构分析、微电子机械系统和微光机电系统的(Micro-electromechanicalSystem, MEMS)/MOEMS(Micro-optic Electromechanical System, MOEMS)动态测量等诸多领域得到了广泛应用。但是受到光电记录器件分辨率、系统数值孔径、激光相干噪声等因素的制约，其应用领域受到一定的限制。本论文的研究工作主要是围绕拓展数字全息显微术的应用领域、解决低相干光源数字全息显微术中光源相干长度限制物光波可探测面积以及在设计和搭建透射式数字全息显微镜系统中遇到的硬件控制和数据处理的问题。　　文章的创新点可以归纳为:　　1.针对大曲率面型微光学元件的形貌测量问题，提出了将微光学元件浸入至折射率匹配液达到降低透射物光波频率，实现微光学元件的相位测量。同时，提出了利用双波长数字全息显微术获取微光学元件折射率分布的方法，从而达到获取微光学元件三维形貌分布的目的。理论分析和实验结果证明了该方法能够解决微光学元件折射率分布未知及在使用低数值孔径显微物镜下，无法对大曲率面型的微光学形貌进行测量的问题，成功实现了对大曲率面型的微透镜阵列的三维形貌测量，拓展了数字全息显微术的应用领域。　　2.利用数字全息显微术对人体血红细胞的自然形态和小鼠成纤维细胞的分裂过程进行了动态观测。在观测中发现，待分裂的小鼠成纤维细胞的相位分布会明显高于正常细胞，随着分裂过程的结束，分裂细胞的相位分布将逐渐与正常细胞的相位分布相一致。　　3.针对在低相干光源离轴数字全息显微术中，光源的相干长度会限制可探测物光波面积的问题，提出了一种基于光程差扫描的扩大探测物光波面积的方法。通过调节物光波和参考光波之间的光程差，使得干涉条纹扫描物光场的各个区域，从而实现对物光场的全视场测量。该方法具有实现方法简单、实验装置简洁的特点。　　4.在相移数字全息显微术中，实际相移量的准确提取与否直接决定了再现精度。针对该问题，提出了一种基于两步相移数字全息显微术的提取实际相移量的方法，该方法以再现参考光的信噪比是否达到最大为判断标准，利用迭代算法获取实际相移量。　　5.为了实现对生物细胞进行长时间、实时观测，设计和搭建了一套透射式数字全息显微镜系统，完成了相关硬件控制系统及数据处理系统的设计和开发，并利用该系统初步完成了对小鼠成纤维细胞的观测。　　全文的主要内容主要由以下几个部分构成:　　第一章的第一部分和第二部分是对现有的显微术进行了归类和介绍，针对光学显微术中的数字全息显微术进行了详细的介绍，包括数字全息显微术的发展历程、国内外研究现状。第三部分是对全文的框架、内容和创新点进行了说明。　　第二章介绍了数字全息显微术的基本原理。首先，分析了在不同记录条件下，CCD采样条件对记录光路的限制，如记录距离、参考光偏置及记录物体大小;而后，对不同数字全息图再现方法下的再现像分辨率进行了讨论;最后，简单介绍了在数字全息显微术中包裹相位的产生和相位解包裹方法。　　第三章系统地开展了数字全息显微术在微光学元件及生物细胞观测方面的实验研究。首先，为了实现对大曲率面型微光学元件的数字全息显微测量，提出了采用折射率匹配液降低透射物光波频率的实验方法，这对于在低系统数值孔径条件下获取大曲率面型微光学元件的三维形貌分布有着重要意义;而后，基于双波长数字全息显微术，提出了一种测量微光学元件折射率及三维形貌的方法。该方法解决了在利用数字全息显微术测量微光学元件三维形貌时，往往无法预知其折射率分布的问题;最后，采用数字全息显微术分别对人体血红细胞和小鼠成纤维细胞的形态进行了观测，实验结果证明了数字全息显微术能够很好的实现对透明或半透明的生物细胞的观测。同时发现小鼠成纤维细胞在分裂前期，其相位分布会有明显的变化。当分裂过程完成后，新产生的成纤维细胞的相位分布与正常细胞的相位分布相似。　　第四章主要围绕低相干光源在数字全息显微术中的应用开展了研究工作。针对在低相干离轴数字全息显微术中，低相干光源有限相干长度限制物光波可探测范围的问题，提出了一种基于光程差扫描的低相干光源离轴数字全息显微记录方法，并利用该方法对美国空军分辨率板USAF1951进行了实验研究，得到了满意的实验结果。但是，采用光程差扫描方式扫描物光波区域是以牺牲测量速度为代价的，因此该方法比较适合应用于静态物体。在低相干同轴数字全息显微术中，物光波的可探测范围不会受到光源相干长度的影响，但是相移量的准确与否将严重影响再现像的精度。针对该问题，在低相干光源的反射式数字全息显微系统中提出了一种以再现参考光信噪比是否达到最大为判断标准并结合迭代算法提取实际相移量的两步相移数字全息显微术。利用该方法对台阶型物体进行了相移数字全息显微实验，与ContourGT轮廓仪的对比实验结果说明了所提方法的可行性。　　第五章设计并搭建了一套完整的透射式数字全息显微系统，包括光路设计、激光器选择及硬件控制系统和数据处理系统的设计与开发，在此系统上，完成了对小鼠成纤维细胞融合的实验研究。初步实验结果表明，该系统可应用于定量观测生物细胞的动态过程。　　第六章总结了现有研究工作并提出了今后工作的重点和需要解决的问题。