由于独特的轴向光学层析能力，共焦显微镜自问世以来，已被广泛应用于工业、生物及医学成像等各个领域。但是，受衍射效应限制，其横向分辨力始终无法突破波长级别，而轴向分辨力已达纳米量级，横向和轴向分辨力的严重不平衡，严重制约了共焦显微镜的三维成像能力。同时，随着当前工业测量和生物检测领域逐渐进入纳米时代，横向分辨力的提高更显迫切。本课题“光栅时空调制式共焦显微系统超分辨特性研究”的研究目的是突破衍射极限，解决共焦显微系统横向分辨力受限的问题。从Laue-Lukosz自由度不变定理角度出发，在研究光栅时空调制原理和共焦显微测量原理的基础上，将光栅时空调制实现超分辨的方法引入共焦显微系统中，来实现共焦显微系统的横向超分辨。本课题主要内容如下：首先，开展光栅时空调制方法实现超分辨基本原理的研究。从Laue-Lukosz自由度不变定理角度出发，研究基于移动光栅的时空调制式4-F系统成像的基本理论，验证其在不增大透镜数值孔径NA的情况下，对光学系统空间频带的扩展作用，并分析比较光栅参数对系统相干传递函数CTF的影响。其次，开展基于移动光栅的时空调制式共焦显微系统成像理论的研究。将移动光栅时空调制实现超分辨的方法引入共焦显微系统中，在相干光照明且无离焦量的条件下，分别从时域和频域角度推导其2-D振幅点扩散函数和相干传递函数公式；并根据点扩散函数的三个特征量，分析比较光栅参数对系统横向响应特性的影响。再次，开展基于定光栅的时空调制式共焦显微系统成像理论的研究。针对上述移动光栅超分辨系统存在的问题，提出改进的基于定光栅的时空调制式共焦显微系统，并分别从频域和时域角度推导并仿真分析其光场分布。然后，开展基于声光栅的时空调制式共焦显微系统成像理论的研究。分别在非相干成像和相干成像的条件下，从时域和频域角度建立其理论和仿真模型；并从频域、时域及实现手段角度，对比分析基于移动光栅、定光栅和声光栅的时空调制式共焦显微系统优缺点。最后，结合声光调制器和双振镜同步扫描系统设计并搭建实验平台，获得经声光栅时空调制后的共焦显微系统二维横向响应成像结果，与传统共焦显微系统对比，实验验证光栅时空调制式共焦显微系统横向超分辨系统理论研究的正确性。