1947年，匈牙利裔英国物理学家D.伽柏（Dennis Gabor，1900-06-05～1979-02-09）发明了光学全息术，并且提出了全息技术用于显微成像的设想。20世纪60年代，陆续出现了关于数字全息概念的报道，但数字成像水平和计算机数值处理能力远不能满足数字全息技术实用化。1999年，瑞士科学家E.屈什（Etienne Cuche）等首次演示了数字全息显微镜的原理性实验，极大地提高了成像分辨率。

数字全息显微技术是将光学全息术和数字显微技术有机结合，通过干涉和衍射过程把被测样本的三维结构通过显微系统再现的一种成像技术。数字全息显微成像的过程主要分为波前记录和波面重现两步。首先，通过记录由样品反射或透射的物光与参考光波之间的干涉，将物光场的全部三维信息存储在全息图中。之后，再通过参考光照射全息图而获取物体的空间信息轮廓，并由电荷耦合器件（CCD）或金属氧化物半导体（CMOS）采集，经过特殊算法的恢复，重建样本的三维形貌。

数字全息显微镜的原理如图所示。从激光器发出的激光被分为两束，一束通过多个反射镜直接投射到分光镜，称为参考光R；另一束照射物体表面，经物体反射后携带表面形貌的波前（相位和振幅）信息，并通过显微物镜返回分光镜，称为物光O。参考光R和物光O在经过分光镜时产生干涉条纹形成全息图，经过物镜成像后由相机记录。

数字全息显微镜原理示意图

数字全息显微技术可解决常规显微镜中存在的分辨本领与景深之间的矛盾，有效消除像差并达到光学成像的衍射极限，同时可获得更大观察视野。数字全息显微镜广泛应用于动态形貌测量、无标记生物细胞检测、生物传感、粒子检测等领域。