数字全息显微术是由数字全息术和光学显微术相结合的定量相位成像技术,由于其具有无标记、无损伤、全场定量测量等特点,具有其它显微技术不可替代的优势。然而,传统的数字全息显微术存在两方面无法克服的困难;一是采用高相干照明光源(激光照明),产生无法消除的激光散斑和寄生条纹噪声;二是物光与参考光分离的系统结构,导致系统易受外界扰动影响,系统时间稳定性差。因此,本论文旨在研究发展低噪声、高稳定性的数字全息显微方法。光栅衍射白光共路数字全息显微技术,较传统的数字全息显微技术,具有独特的优势:从光源上看,采用白光(溴钨灯)作为照明光源,其相干长度非常短,因此可以从本质上避免由光源强相干性产生的相干噪声及寄生条纹噪声;从结构上看,采用共路结构,由于其物参共路的特性,具有结构稳定、抗干扰能力强的优点。因此,光栅衍射白光共路数字全息显微术已得到广泛的研究与关注。但是,由于采用的是扩展白光光源,其时间空间相干性都很低,因此系统实现对光路设计要求很高,目前国内在这一领域的研究还处于空白状态。本论文主要包括以下几部分研究内容:首先,基于光栅衍射共路数字全息显微技术的基本原理,并根据离轴全息图的三项分离条件、全息图记录的采样条件以及光栅的衍射原理,经过分析计算,得出可采用的各个光学元器件的光学参数和系统光路的结构参数。并根据计算得到的参数,设计组建了一套卤素灯照明的光栅衍射共路数字全息显微成像系统。分析了系统的时空噪声,空间噪声为0.5nm,时间噪声为0.02nm,表明该系统具有非常低的噪声影响。并以2μm聚苯乙烯微球样品作为标准样品,进行定量相位成像,证明了系统具有高准确度的成像能力。其次,在组建的系统上进行了大量的生物样品实验研究。包括以活体血红细胞与大肠杆菌为样品,获得了准确的定量相位像,并对霉菌孢子进行了长时间的成像记录,获得了孢子在水中萌发的系列动态定量相位成像。实验结果证明系统成像精度高,且稳定性好,具有长时间观察生物活细胞的能力。最后,研究了轻离轴光栅衍射白光共路数字全息显微成像技术。为了能充分利用CCD相机的空间带宽积,根据光栅衍射白光共路数字全息显微成像特点,提出了一种轻离轴二步盲相移新方法。首先,理论推导了光栅移动可以产生相移,其相移量和光栅移动值成正比;其次,建立了二步轻离轴盲相移新算法;最后,组建了通过步进电机移动光栅实现盲相移的轻离轴光栅衍射白光共路数字全息显微系统,实验证明提出的二步盲相移轻离轴光栅衍射白光共路数字全息显微技术是可行的。