级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统，为了提升该系统的加密效率，提出一种双图像加密方法。加密时，将密钥板的轴向距离作为控制参数，提出一种新的迭代加密算法，该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中，将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时，当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时，可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性，并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明，所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外，所提方法可方便地推广至多图像加密，因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。

光波作为信息载体具有高速并行处理二维信息的能力及天然优势。光波的波长、振幅、相位、偏振等为光波的调制提供不同的维度和多种可能，也使得光学加密技术和光学密码系统展现出巨大的应用价值。随着加密数据传输量的急剧增长，在进行加密的同时实现信息的压缩变得愈加重要，因为这将缩短处理这些数据所需的时间并有效节约存储空间。提出广义的光学图像压缩加密的概念，并将压缩策略分为明文压缩、密文压缩和明文密文同步压缩。在此基础上，介绍适合每种策略的具体压缩方法，并通过阐述这些压缩方法在一些实例中的应用，综述了光学图像压缩加密技术的研究进展，也对未来的研究方向进行了展望。

远场光学显微成像是获取待测样品三维结构信息及其动态变化不可或缺的技术。非接触无损害的快速光学三维显微成像技术在生物细胞、生物组织等生物医学成像领域具有独特的应用优势和巨大的应用需求。受限于目前的光电器件只能实现光强的直接探测，光学显微三维成像技术往往通过扫描技术、编码技术或数值算法等将光场的相位等信息转换为光强信息，再通过探测被待测样品调制的光波场强度的变化解析出原始样品的信息，以实现对样品三维形貌、内部结构或折射率分布等多种信息的可视化。利用光波的相干性，结合适当的分波技巧，实现两束光的互干涉或自干涉，将光波场相位信息编码至干涉图样的强度分布中，然后结合适当的算法对干涉图样进行重建，是实现光学三维显微成像的一个重要技术。本文对基于光的干涉，利用干涉条纹的强度提供成像对比度的三维显微成像技术进行综述，阐明了激光照明的数字全息显微、部分相干光照明的数字全息显微、光学相干断层显微和空间非相干光照明的自干涉数字全息显微成像技术的基本原理、成像特性，以及该类技术在样品定量相衬成像、三维层析成像、非扫描快速三维显微成像等领域的应用，同时对该类技术衍生的新技术以及该类技术的未来发展方向进行了详细讨论。

全息术最初被设定为一种相干成像技术,通过物光和参考光干涉形成全息图,对全息图进行重建可以实现三维成像和物信息的获取。全息图记录过程要求物体上任意两点的光场具有空间互相干性,这一特性限制了全息术在非相干光领域的应用。空间非相干光的普遍存在和易获取等优点,使得非相干全息术的提出和发展具有重要意义。非相干全息术源于20世纪60年Mertz和Young提出的菲涅耳波带片编码成像理论,是指在空间非相干光照明情形下利用某种编码孔径对图像进行变换,实现全息图记录和再现的技术。Lohmann把这一技术进一步发展为基于分波技巧的干涉成像技术(源于同一物点的物光和参考光相干涉),实现了非相干物体的波前再现,从而明确了非相干全息记录过程中物光场中任意两点之间的互相干不再是全息图记录的必要条件。经过几十年的发展,科研人员利用非相干全息术在全息图的记录机制、重建算法、成像性能提升和应用等方面都取得了显著成果。本文聚焦于阐明空间非相干光情形下基于编码相位掩模波前调制的自干涉或无干涉数字全息术的成像原理及其演化技术的发展和应用,并在此基础上探讨该技术下一步的发展和有潜力的研究方向。

发展了一种采用结构光照明提高自干涉数字全息成像系统轴向分辨率的方法,理论分析了结构光照明自干涉数字全息层析成像的原理,采用数值模拟和实验研究了结构光空间频率和样品轴向间距对系统层析成像特性的影响,给出了结构光照明模式下自干涉数字全息成像的结果。研究结果表明:结构光照明的自干涉数字全息系统层析成像能力得到了显著提升。

光学显微成像技术可以用来观察微小物体的结构细节, 但在生物样品的显微成像领域中, 像差的存在使得任何显微成像技术的成像质量都无法达到理论预期。为了解决这一问题, 自适应光学技术被应用于不同类型的显微成像系统中进行像差的探测和校正。着重总结了自适应宽场高分辨率显微成像技术的研究动态, 阐明了数字全息自适应光学技术和非相干数字全息自适应光学技术的特点、优势以及存在的问题。

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测，结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH), 从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理，并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置，分别记录待观测物体与引导星的全息图，利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正，从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响，在系统各光学元件给定的情形下，明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围，实现了良好的波前校正效果。

非相干光照明的物体或者自发光物体可以认为是由无数多个点源构成,任意两点发出的光波之间不具有相干性,但同一物点发出的光被分束后是空间自相干的。非相干全息术通过某种光学技术将来源于非相干物体上同一点的光波分为两束，由于这两束光是空间自相干的，因而两束光可以干涉实现点源全息图的记录，所有点源全息图的非相干叠加构成物体的全息图。对全息图进行光学或数值重建可以恢复原始物体的三维信息。近年来，非相干全息术已经在非扫描荧光显微成像、非相干彩色全息显示和自适应光学领域展示了其应用的潜力。阐明了非相干全息术记录和再现的基本原理，介绍了记录非相干数字全息图的系统与方法,重点分析和讨论了基于自参考光的同轴数字全息成像系统的成像特性、应用的优势和局限，并介绍了这些方面的研究进展。

光热折变体光栅是在光敏玻璃材料中利用光热折变效应记录的折射率型体全息光栅，具有波长和角度选择性好、衍射效率高、热稳定性好和抗损伤阈值高等特点，在激光器技术领域中具有独特的优势。在自行制备的光敏玻璃材料中，用325 nm波长的紫外光曝光记录透射型体全息光栅，基于变波长读出的原理设计实验，对热显影后的光热折变体光栅在532 nm波长的激光照射下的衍射读出特性以及其在恒定光功率密度的激光照射下的稳定性进行了实验研究。研究结果表明，热显影后的光热折变体光栅在激光辐照下具有光致饱和效应。根据实验结果定量计算出了光热折变体光栅的选择角和描述光致饱和效应的特征时间常数。

用实验方法研究了光致聚合物中全息存储再现图像质量的动态特性，以信噪比损失作为图像质量变化的衡量指标，进行了暗增长和均匀后曝光过程监测图像实验。实验结果表明，在暗增长和均匀后曝光过程中，再现图像强度和质量经历先增长后下降的动态过程。以噪声光栅的形成和发展对实验结果进行了初步的解释。以信噪比损失不大于3 dB为判据考察了全息图对暗反应和均匀后曝光过程的宽容程度，对于不同的记录条件确定了暗反应和均匀后曝光过程的特征时间。在特征时间内，再现图像的质量和强度都是可以接受的。在复用记录时，为保证所有全息图有均衡的衍射效率和良好的图像质量，必须考虑再现图像质量和强度的动态变化因素。