基于干涉的定量相位测量技术具有对物光场的相位信息进行高精度定量测量的能力。相位敏感型光学相干层析成像术(Phase sensitive OCT)和数字全息显微术(DHM)是其中的两个典型代表,被广泛应用于生物医学检测和成像领域。本论文的主要内容是用这两种定量相位测量技术来研究和解决两个具体问题,即如何提高液相生物芯片的编解码性能和如何增大对生物散射组织的层析成像深度。具体内容如下:1、将基于干涉的定量相位测量技术用于解决液相生物芯片的编解码问题,提出一种基于光学厚度编码的液相生物芯片技术,面向多重生物分子的液相检测。和已有的光学编码方案相比,所提技术具有编解码准确性高,解码信号和荧光定量信号之间无干扰,可编码数目大的优点。2、制备了光学厚度编码微片,用谱域OCT对编码微片进行了解码实验,展示了所提技术的可行性和编码潜力;用谱域OCT对生物分子结合反应过程进行了监测,验证了光学厚度维度在反应过程中的稳定性。3、搭建了一套双波长数字全息相位-荧光显微成像系统,做为所提光学厚度编码的液相生物芯片技术的解码和检测平台。用双波长数字全息相位显微成像通道来解码目标分子种类,用荧光显微成像通道来定量目标分子浓度。通过多重生物分子的液相检测实验验证了平台的编解码性能,通过浓度梯度实验验证了平台的定量检测能力。4、利用光学组织通透技术来改善生物组织的散射特性,增加弱相干光照明的DHM系统的有效成像深度。实验结果表明,光学组织通透能够提升系统对散射组织内部物光复振幅的探测和重建能力,显著减少层析成像过程中的串扰噪声,从而使系统对深层样品结构的成像质量得到提高。