为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题, 引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法, 并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟, 并进行了实验验证, 结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效, 从而能够更精准地重建物体的相位信息。

提出了一种基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术。将主波长为670 nm的红光芯片和主波长为521 nm的绿光芯片封装成半球型LED芯片,然后利用彩色CCD相机获取被测样品在两种照明光波下的彩色相移数字全息图,最后采用色彩分离技术、相移技术及双波长相位提取技术获取被测样品的相位分布及面型分布。实验结果证明了本文方法的可行性。

利用像面数字全息显微术对光学元件表面缺陷的三维形貌测量进行了理论及实验研究。设计并搭建了相应光路系统记录全息图, 采用角谱算法数值重建物光场, 通过相位修正消除了系统误差引入的波前畸变, 获得了经过待测光学元件表面缺陷调制的物光相位分布, 并根据建立的相位分布与表面缺陷面形的关系模型计算得到缺陷三维形貌。实验以多个划痕和麻点等常见表面缺陷作为测量对象, 分别获得了它们的三维形貌, 以其中一条实际宽度为35 μm、深度为270 nm 的划痕为例, 测量得到该划痕的宽度为35.21 μm, 平均深度为267.6 nm, 与真实值相比, 横向测量误差为0.6%, 纵向测量误差为0.9%。实验结果证实该测量方法是有效、可靠的, 能够准确测量光学元件表面缺陷的三维形貌, 因而有助于判断光学元件损伤程度以及分析缺陷对系统波前的影响, 对保障高功率激光装置的安全正常运行有重要意义。

提出了一种利用数字全息显微术测量液体透镜表面曲率半径及焦距参数的实验方法。针对液体透镜表面不能接触、直径较小、侧壁材料非透明等因素，采用具有像差校正功能的立式马赫-曾德尔干涉仪光路实验记录液体透镜液面的数字全息图，数值再现得到携带液面信息的物光波前相位分布信息，并经数值计算和拟合得到液面轮廓曲线，最终得出液面曲率半径以及液体透镜的焦距等参数,进而利用该方法对标准平凹透镜的曲率半径和焦距等参数进行了测量，以验证其正确性。结果表明，所提出的方法是一种高精度、非接触测量液体透镜液面曲率及焦距参数的有效手段。

讨论了数字全息显微术(DHM)相位测量中显微物镜引入的附加相位的消除问题。在DHM相位重构中，对比分析了两步法和泽尼克多项式拟合两种附加相位补偿方法，进行了相应的实验研究，实现了多种生物细胞的相位重构。研究结果表明：两种补偿方法均能有效地消除DHM系统的相位误差。对于两步补偿法，由于补偿计算需要两组数字全息图，实验记录耗时，对记录系统稳定性要求高，但采用有、无样品相位相减的补偿算法简单，能够同时补偿显微物镜带来的球面附加相位和光学系统带来的其他相位畸变，相位重构的精度高。对于泽尼克多项式拟合补偿方法，补偿计算仅需一组数字全息图，在动态相位测量中具有特别的优势，但相位重构的误差随待测细胞高度和面积的增大而增大，为提高泽尼克相位补偿法的相位重构精度，需要保证物体的光学高度或者是物体的横向面积在一个较小的范围内变化。上述结果将为DHM用于生物细胞相位重构的研究和应用提供参考。

When an image digital holographic microscopy (DHM) layout is employed, the Fresnel integral cannot be used in separating the reconstructed image from its conjugate image and background. However, combining image plane DHM with the phase-shifting in-line technique, the complex amplitude of reconstructed image can be obtained without using Fresnel integral, moreover the approximate error of reconstruction calculation is easily eliminated and the signal-to-noise ratio of reconstructed image is significantly improved. Since a normal incidence plane wave is used as the reference wave, the difficulty and complexity of phase aberration and phase unwrapping of DHM are remarkably decreased.

数字全息显微术克服了传统光学显微术无法直接提取样品相位信息的缺点,可以对活体细胞组织等相位型生物样品进行定量测量和有效观察。但在数字全息显微成像过程中,像场弯曲会对再现像相位分布的测量和观察产生影响。提出一种采用相位相减来校正数字全息再现像像场弯曲的方法。通过在样品加入前后两次拍摄全息图,并对数值重建像分别进行去包裹运算再令其相减,即可实现对像场弯曲的有效校正,对蝉翼和大蒜表皮细胞等相位型物体进行测量,并采用数值校正和相位相减两种方法对像场弯曲进行校正。与现有的数值校正方法相比,利用相位相减获得样品三维相位信息的方法更为简单、可靠,是校正像数字全息再现场弯曲的有效方法。

根据全息理论和光的衍射理论,理论分析了数字全息显微术原理,并依据四步相移和最小二乘相位展开技术,研究了重构细胞相位的方法.设计了用球面光波作为参考光的反射式数字全息显微光路,通过反射式数字全息显微术的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构.实验以新鲜洋葱表皮细胞为样本,完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息.分析表明,系统理论分辨率应达到0.8 μm.