传统的成像技术是将一个三维物体成像到一个二维平面上，离焦情况会使成像变得模糊，导致物体成像后其三维信息被丢失，体全息成像系统是结合体全息透镜的成像系统，它可以恢复物体的三维信息。体全息透镜是通过记录两束或更多相干光束的三维干涉图样而制成的，简单的记录方式为一球面参考光束（或平面参考光束）和一束平面信号光束在厚的记录介质内相干涉，在介质中所记录的体全息光栅，即体全息透镜，可用作体全息成像系统中的成像透镜。体全息光栅的布拉格选择性和简并特性被用来获得带有三维信息的图像，与通常的光学透镜成像不同，体全息透镜可以对物体分层切片成像，不同的切片像对应于物体的不同轴向位置。这些优势使得体全息透镜在军事侦察、国家安全、医学诊断及生产检测等高端成像领域具有广泛的应用前景。首先，本文详细阐述了体全息透镜的原理、制作方案。采用波长532nm的相干光，在2mm厚的掺铁铜铌酸锂晶体中记录体全息光栅，作为成像系统中的体全息透镜。研究比较该成像系统在波长为532nm和640nm的相干光照射下的衍射读出的成像特性，结果表明，不同波长光照射成像时，体全息成像系统深度分辨率不同，红光读出时具有更灵敏的轴向选择性。实验研究对比了单色光源与宽频光源成像特性，结果表明，当采用宽频光源读出时将得到更多的关于成像物体的横向信息。其次，系统地阐述了体全息成像系统的成像特性，理论上证明了加入辅助光学系统可以提高深度分辨率。实验中，在平面波体全息成像系统中加入了辅助光学系统，测量了实际的深度分辨率，结果表明测量值与理论计算结果相符。最后，本文对体全息透镜的分层成像特性进行了研究，通过改变参考光的夹角与记录点源的位置在同一块晶体中记录了两个体全息透镜，实现了对不同深度的物体同时成像，并且对参考光夹角的变化量、成像位置、像的大小等进行了理论计算与实验测量，理论和实验结果相符。