数字全息术是一种在传统全息基础上发展起来的新的光学干涉计量技术。由于它具有非接触式测量、不需要化学湿处理过程、对样品及测量环境没有特殊要求等优点,使得它得到越来越多研究人员的关注并被广泛地应用于显微测量、变形振动测量和三维形貌测量等领域。但由于受到其记录介质CCD的结构和像素尺度的限制使记录系统的分辨率受到了制约,因而在显微领域的应用也受到了一定的限制。此外,由于实际被测量的物体表面一般比较粗糙,从而在反射波中会带有较强的散斑噪声,因此要想通过提取它的相位获得被测物体的三维形貌信息往往会存在较大的困难。本论文围绕如何提高数字全息记录系统分辨率以及获得物体三维形貌信息这两个问题展开讨论的,其创新点主要包括以下几个方面： 1.讨论了物体的空间频率和衍射场空间坐标的关系,通过理论和实验证明,通过改变照明物体的入射光的倾角可以使携带物体不同频率成份的衍射场被CCD记录。 2.基于超短脉冲飞秒激光光源,设计并提出了一种新的合成孔径数字全息记录系统。它利用角分复用技术将单个脉冲分割为具有不同载波频率的三束参考光和具有不同角度照明物体的三束物光。在记录平面上,含有不同物体频率成份的多幅子全息图将以非相干叠加的方式存储于CCD的一帧中。实验结果证明,将从各子全息图获得的再现像融合,可以得到具有超高分辨率的再现像。 3.设计了能够超衍射极限分辨率的数字全息显微记录系统,通过等效的实验证明,利用该系统可以突破由显微物镜的衍射极限决定的数字全息记录系统的分辨率,因而可以用低数值孔径的显微物镜代替高数值孔径的显微物镜获得高分辨率再现像,解决了显微数字全息分辨率和视场以及工作距离之间的矛盾。 4.针对反射型微小物体,设计了一种可在三维形貌测量中实现微小物体分层记录的短相干光源无透镜傅里叶变换数字全息记录系统,并利用该系统,实现了对锥形微孔壁的分层记录,并通过调节待测物体在记录系统中的位置来改变全息记录中的物光光程,从而获得了重构三维物体所需要的不同深度处的一系列子全息图。该系统具有光路简洁,系统的附加误差小的特点。此外,在三维重构的过程中,为避免因散斑噪声较大而无法利用位相信息进行三维重构的情况,首次采用了最小二乘多项式拟合方法,将微小物体的一系列再现强度图像进行三维重构。由于避免了复杂的相位展开,所以不但运算简单,而且具有较强的抗散斑噪声能力。它为数字全息形貌测量增添了一种新方法而且也是对OCT方法的一个改进。