数字全息技术因具有全场三维高精度无损定量测量能力，已被广泛应用于微纳制造、材料工程、生物医学工程等领域。传统数字全息技术多采用单波长照明，当待测物体引起的光程差大于一个波长时，必须采用单波长解包裹算法才能恢复出物体的真实信息，不仅因计算量大造成恢复速度慢，而且无法测量台阶、沟槽等边缘锐利的物体。而双波长数字全息技术可有效解决上述问题，近年引起广泛关注。但双波长数字全息技术仍存在系统结构复杂、稳定性差、测量速度和精度不能兼顾等亟待解决的科学问题和关键技术问题，制约和影响了双波长数字全息技术的发展。
　　本文“双波长离轴共路数字全息测量关键技术研究”的目的是以稳定性好的分频谱共路干涉技术为基础，利用视场翻转、偏振调制和反射滤波等技术探讨研究串扰小、可同步采集测量的双波长正交载波共路数字全息技术，进而利用有无样品复振幅相除、除法复用、平方滤波和关键采样等技术实现快速相位再现，利用直接线性规划方法实现低噪声相位再现、并引入复振幅乘除复用技术提升速度，从而为高精度、高效率和高稳定性双波长全息技术研究提供新的理论和方法。该研究在含有台阶、沟槽等非连续三维形貌精确快速在线测量领域有着广阔的应用前景和重要的应用价值。
　　本文的研究内容可以概括如下：
　　(1)在单波长有无样品复振幅相除相位恢复算法的基础上，提出了双波长有无样品复振幅相除相位恢复方法，并建立相应理论模型，利用无样品全息图记录载频和系统畸变信息，通过简单除法操作便可准确去除载频和系统畸变，从而避免了载频残差和去畸变操作，解决现有双波长离轴数字全息相位恢复过程冗余问题，降低了相位恢复算法的复杂度，为后续相位恢复提供了理论依据。
　　(2)在分频谱共路干涉技术的基础上，为了降低系统复杂度和光学准直难度，结合多窗口干涉技术，提出了一种基于视场翻转的双波长正交载波共路数字全息方法，利用两块正交放置的后向反射器在两个波长中引入正交载波并翻转视场，通过一次曝光同步采集两个波长的信息，不仅避免了传统技术需光栅或针孔等特殊光学器件，而且减少了波长之间的串扰，提高了系统的频谱利用率和测量效率；为了解决视场翻转技术中待测物体形状受限和输入视场利用率低的问题，提出了一种基于反射滤波技术的双波长正交载波共路数字全息方法，利用反射滤波技术将一部分物光变成参考光，在牺牲一定光能利用率基础上，实现全视场成像采集，从而为双波长离轴数字全息实时稳定低串扰成像采集提供新的技术基础。
　　(3)在双波长有无样品复振幅相除相位恢复算法的基础上，为了减少恢复过程的冗余运算、提高相位恢复速度，通过深入分析每个波长的复振幅信息，提出了一种利用复振幅除法复用的快速相位恢复方法，通过复数域的两次除法操作便可直接恢复出所需的相位信息；再与关键采样技术相结合，减少了数据冗余，从而大幅度提高了恢复速度，实现了百万像素级全息图的实时恢复；为了进一步简化相位恢复过程，提出了一种基于平方滤波技术的双波长离轴数字全息的直接相位恢复方法，利用平方滤波技术重组双波长频谱信息，通过一次傅里叶变换操作直接完成真实相位的恢复，在牺牲一定恢复质量的基础上，进一步提升了恢复速度，从而为双波长离轴数字全息的实时恢复奠定了理论基础。
　　(4)为了解决双波长数字全息中恢复结果噪声放大的问题，在对比分析每个波长测量结果信噪比的基础上，提出基于直接线性规划双波长低噪声解包裹方法，有机融合“相位差”无包裹测量范围大和“相位和”信噪比高的特点，利用直接线性规划技术实现低噪声无包裹相位再现，整个计算过程简单明了；在此基础上，提出了一种基于乘除复用的低噪声相位快速恢复方法，利用复振幅乘除复用技术简化“相位差”和“相位和”的计算过程、并减少线性规划的边界条件，在保证低噪声无包裹再现的同时，提升了解包裹速度，从而为大范围、高精度三维形貌测量提供了理论依据。