数字全息显微层析技术是近些年比较热门的技术。它通过数字全息显微技术来获取物体多个角度下的相位数据,然后用层析重建算法重建出物体的三维折射率分布。在继承了数字全息显微技术的定量、全视场、高精度测量优点的同时,可以较为准确地实现对生物细胞、微光学元件、光纤等微小物体三维折射率分布的重建,在生命科学、医疗、材料检测、微制造等领域有广泛的需求与应用前景。数字全息显微层析技术需要利用物体多个角度下的相位分布数据来重建出物体的折射率分布。全息图的质量对三维折射率重建结果有着明显的影响。因此如何提升相位数据的质量是数字全息显微层析技术的一个重要研究方向。由于传统的数字全息显微层析系统是物参光路分离结构,其物光和参考光易受环境干扰,导致拍摄得到的相位像时间噪声较大,从而影响层析重建精度。为了提高层析像重建精度,本文研究基于光栅衍射的共路数字全息显微层析技术。利用共路光路获取各个角度相位数据,可以明显减少传统的数字全息显微系统获取相位数据所带入时间噪声问题。论文主要内容如下。(1)详细阐述了数字全息显微层析技术的基本原理,包括层析重建算法与相位数据的获取方法。另外,还阐述了光栅衍射共路数字全息显微技术的基本原理。这些基本理论知识为后续研究工作提供了支撑。(2)对样品转动数字全息显微层析像质改善展开研究。首先针对离轴数字全息图重建时存在孔径硬截止对相位的影响问题,采用了数字切趾的方法,有效抑制了再现相位像中的振铃误差,同时也减小了高频噪音的影响。然后是对物体旋转时所获取多角度相位数据存在不同程度的径向跳动与位置偏移情况,采用结合自动聚焦和自动对齐的数值处理方法,实现了多角度相位数据更为精确的聚焦重建与对齐。为高精度数字全息显微层析重建奠定了基础。(3)对基于光栅衍射的共路数字全息显微层析系统的结构参数和其中各个光学元件的参数进行了推导与优化设计,并以此构建了实验光路系统。对单模光纤、多模光纤、保偏光纤等样品进行了测量,结果表明搭建的系统以及采用的数值处理方法可以明显提高多角度相位数据的质量,从而实现高精度层析。