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基于空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)的非相干数字全息突破了传统全息对光源相干性要求苛刻、结构复杂、耗时成本高等局限,具有记录系统结构简单,再现方式灵活,可与任何成熟光学系统匹配等优点。本文围绕非相干光照明数字全息系统的关键技术展开研究,以空间光调制器和电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)为系统核心元件,分析系统的点扩散函数,结合实验探索系统成像特性。此外,将非相干数字全息与显微成像技术、高光谱成像技术及偏振成像技术结合,在快速记录和数字再现三维物体的同时,还可以获得微米量级生物样品显微成像的边缘增强效果、实现任意像元光谱曲线的提取及入射光偏振态的探测,从而拓展了非相干光探测的信息维度,在生物、军事、遥感、农业等领域具有潜在的应用前景。论文主要包括以下四个方面:(1)研究基于SLM的非相干光数字全息系统的成像原理,运用菲涅耳衍射积分公式推导出系统的点扩散函数、横向放大率等参数,利用USAF1951标准分辨率板和骰子作为待测物体,研究了系统的成像特性,给出了系统的分辨率和三维成像效果。(2)将非相干数字全息与显微成像技术结合,对分辨率板成像,并对系统进行放大率标定,采用标定后的系统对生物样品进行预防大显微成像。此外,研究了SLM上加载螺旋相位掩模时系统的成像特性,给出了螺旋相位调制点扩散函数的数学解析式,与全息显微成像相比,可在不损失分辨率的前提下实现振幅和相位物体边缘提取和增强的效果。(3)在非相干数字全息系统中引入液晶可调滤波器,搭建非相干数字全息高光谱成像系统,实现在无扫描情况下,记录物体的光谱全息图,经数值重建和图像融合后获得物体的3D重建像和记录波段内物体表面任一点的光谱曲线。(4)搭建基于SLM的非相干光数字全息偏振成像系统。以描述光波偏振态的Stokes矢量法为理论依据,通过在光路中加入偏振片获得0~o、45~o、90~o和135~o下的全息图,经数值重建和处理后得到待测物体的偏振度图像。