数字全息显微技术（Digital Holographic Microscopy,DHM）,作为一种定量相位成像技术,将数字全息技术与光学显微技术相结合,可以从对全息图进行重建得到的强度和相位图像中定量获取细胞等样品的三维形貌以及折射率分布等信息,是一种有效的全场定量、无损非接触、快速、高分辨的三维成像技术。近年来,随着电子成像器件以及计算机技术的发展,DHM在活体生物细胞检测等领域获得广泛应用并取得显著进展。为了改善传统的衍射相位显微技术干涉条纹对比度不可调的不足,本文基于DHM设计并搭建了基于偏振光栅的对比度可调的点衍射数字全息显微成像系统,并对百合成熟花药、活体草履虫等样品进行了实验研究。主要研究内容及成果如下:1、对数字全息基本理论的分析与研究数字全息成像包括两个基本过程,即波前记录和波前再现,其中,波前记录过程使得原始物光波的振幅和相位调制信息变成全息图的强度调制,进而实现全息图的记录;波前再现过程通过执行相反的过程,最终实现物光波前再现。文中首先对球面参考光波数字全息记录光路进行了分析,然后对几种具体光路进行了讨论并给出了相应的记录条件。此外,对常见的几种相位重建方法进行了研究与分析,其中菲涅尔变换重建法、卷积重建法和角谱重建法均基于标量衍射理论并通过快速傅里叶变换实现;在重建速度方面,菲涅尔变换法最快,卷积法最慢。而小波变换法基于小波理论,克服了离散傅里叶变换的不足之处,提升了计算速度和再现像质量。2、对偏振光栅的衍射理论及本文的设计方案进行了分析与验证首先利用琼斯矩阵对液晶偏振光栅的衍射理论和衍射效率进行了分析与讨论。然后,在初步搭建的实验系统上对所选用偏振光栅的衍射特性进行了一系列验证实验,结果表明在旋转1/4波片时物光和参考光的强度呈现相反的变化趋势且在某些位置处二者光强相等,通过旋转1/4波片结合偏振光栅的优异衍射特性很好的实现了对物光和参考光强度的调制。由此证明拟通过旋转1/4波片实现条纹对比度的调节是可行的,这为后面设计和搭建实验系统奠定了基础。3、基于DHM设计并搭建了点衍射数字全息显微成像系统设计并搭建了一套基于偏振光栅的干涉条纹对比度可调的DHM成像系统,结合系统的原理图和实物图,对系统的成像过程以及主要器件进行了详细介绍。然后利用琼斯矩阵具体分析了系统的成像原理,并对系统的成像视场、实际放大率、分辨率等性能参数进行了分析讨论。为了提高系统成像性能,对系统进行了优化,最终实现了系统的小型化。最后对该系统的优势进行了分析,表明该系统不仅具有传统衍射相位显微镜所具有的相位测量精度高等优势,而且具有实时成像、高稳定性、高灵敏度等优势,非常适合于活体细胞组织等相位型生物样本的定量测量和动态观察。4、基于搭建的点衍射DHM成像系统进行了一系列实验研究基于搭建的DHM成像系统针对系统性能进行了一系列验证实验,然后对成熟百合花药样品、活体草履虫样品等进行了成像研究。实验结果表明,参考光强度和干涉条纹的对比度与具体的被测样品有关,因此实现干涉条纹对比度可调十分重要且有意义。同时,相比于传统的物参分离系统,该系统具有长时间的稳定性。此外,系统通过旋转1/4波片结合偏振光栅的衍射特性实现了对干涉条纹对比度的调节,系统灵敏度高。利用该系统对成熟百合花药等样品进行了成像,结果表明相比于振幅图像,相位图像更能展示样品的细节信息。最后,重点介绍了基于此系统对活体草履虫样品的成像实验,成功捕捉到了活体草履虫在胶水和水的混合溶液中的螺旋前进运动过程和体内食物泡的循环运输过程,并对草履虫的螺旋运动规律和形态学参数进行了初步探究。