干涉是光场的波动特征之一,源自干涉原理的一系列光学技术是现代科技的重要组成部分,其中的全息技术是干涉应用的典型代表。普通摄影技术利用光学透镜的物像变换作用,只记录下物光场的强度（振幅）信息,由于相位信息的丢失,因而其失去了对物体进行三维成像的能力。全息技术是基于光波干涉,将物体的振幅和相位信息以干涉条纹图（全息图）形式记录下来,进而通过光学或数字过程重建出物光场的波前、再现出物体的三维图像。全息原理的研究和技术的发展与这两方面的问题密切相关:一是,全息图记录离不开光场的相干性,这也正是在具有良好相干性的激光诞生后,全息技术才得以快速发展的关键原因。但是通常的全息记录要求相干光源,也限制了全息技术的实用和普及,如何降低全息图记录对光源的相干性要求是全息技术发展的重要方向之一;二是,作为光场的基本属性之一,光场的相干性决定光场的行为,所记录的全息图也蕴含光场的相干性信息。因此,发展新的全息原理和技术并且研究与之密切相关的光场相干性是当前光学领域中的重要研究课题,也构成了本论文工作的主要研究内容。随着现代数字技术的进步,光学技术和数字技术的融合成为一个必然的趋势,随之诞生的数字全息技术已成为最有前途的成像技术之一。数字全息术不仅能定量地描述复杂的三维光场,而且能够实现高灵敏度和高分辨率全息图的快速数字再现,在材料检测、微粒追踪、生物显微和医学成像等领域有着重要的应用。特别是,近10年来基于波前调制新技术发展起来的、采用非相干光照明的数字全息技术受到人们的关注,而其中的自干涉数字全息术（self-interference digital holography,SIDH）尤其具有吸引力和竞争力。由于SIDH的理论意义和潜在的应用价值,使得一些有关SIDH的研究课题需要进一步深入开展,而且有些基本问题仍有待澄清。例如,菲涅耳非相干关联全息（Fresnel incoherent correlation holography,FINCH）作为一种新型自干涉数字全息系统,如何设计光路实现其最佳的横向分辨率仍然是人们普遍关注的问题。随着激光技术的发展进步,人们对光场的性能和要求也日趋多样化,对光场的调控也变得至关重要。近年来,由于调控光场空间关联结构的理论和技术的发展,光场相干性逐渐被人们所重视,其为光场调控提供了一个新的自由度,各种特殊空间关联结构光场的模型也相继被提出。如何有效地测量出光场空间关联函数的二维结构,仍然是光场相干性测量和表征的挑战性问题,这也是本论文的主要研究内容之一。本论文的主要贡献与创新点如下:1.基于波动光学衍射理论,根据FINCH全息图的特点,即具有波带片结构特征,结合图像传感器的像素化效应,提出全息图的有效孔径模型。研究表明,记录距离Zh=fd时,FINCH系统能够分辨的像斑尺寸最小,因此,Zh=fd是FINCH实现最佳分辨率的记录条件,且分辨率随成像距离|Zh-fd|的增大而降低。2.基于希尔伯特—黄变换经验模分解理论,对常规相移算法进行改进,新算法能够有效抑制SIDH偏置噪声对再现光场的影响,显著提升了再现像的分辨率。本文所提相移算法是以原始的多幅相移全息图按照修正的相移公式进行叠加计算,这样在抑制全息背景噪声的同时,也能有效保存了原始信号的信息。3.基于部分相干光理论,利用高斯谢尔模型（Gaussian Schell-model,GSM）,我们研究了光场空间相干性对SIDH系统再现像的影响,分析了自相干像和互相干像的分布规律,并首次准确推导出互相干像的空间坐标表达式。研究发现,除了光源空间相干性外,光路的结构设计也会促使互相干像的形成,且互相干像的主要物理参量,如数量、位置和强度,与全息记录距离有显著的相互依赖关系。4.基于散斑的光学统计特性,提出了一种准确、快捷地测量部分相干光场空间关联函数二维结构的方法。该方法主要思想是将散斑图的傅里叶变换与强度关联算法相结合,采用空间平均取代系综平均,从强度四阶相关函数中得到振幅二阶相关函数,从而实现光场空间关联函数二维结构的可视化。