1948年，DennisGabor提出全息術(shù)概念，為光波前的定量描述提供了開(kāi)創(chuàng)性解決方案。歷經(jīng)七十五年發(fā)展，基于全息術(shù)的定量相位成像已成為光學(xué)波前測(cè)量領(lǐng)域的核心工具，深刻影響著物理學(xué)、生物學(xué)與材料科學(xué)等多學(xué)科研究。從理論構(gòu)想到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，從光學(xué)干涉到數(shù)字重構(gòu)，這一技術(shù)的演進(jìn)脈絡(luò)既體現(xiàn)了基礎(chǔ)科學(xué)的突破邏輯，也彰顯了跨學(xué)科融合的創(chuàng)新力量。

    1.從全息術(shù)的誕生到數(shù)字技術(shù)的融合
    Gabor的全息術(shù)原理揭示：點(diǎn)光源的光與物體散射光的次級(jí)波發(fā)生干涉，可生成承載三維信息的全息圖。這一發(fā)現(xiàn)不僅為其贏得1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，更奠定了定量相位成像的理論基礎(chǔ)。隨著數(shù)字技術(shù)的引入，數(shù)字全息（DH）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其具備寬場(chǎng)、非接觸式測(cè)量能力，可精確捕捉動(dòng)態(tài)復(fù)雜波場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)弱吸收樣品折射率分布、厚度變化等微觀特征的量化表征。
    數(shù)字全息的核心優(yōu)勢(shì)在于對(duì)光散射信息的解析：通過(guò)測(cè)量攜帶相位信息的光散射信號(hào)，能夠定量可視化弱吸收樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為彌合成像與散射學(xué)科的研究鴻溝提供了可能。這一特性使其在疾病病理生理學(xué)研究（如無(wú)標(biāo)記細(xì)胞的干質(zhì)量分析）和材料表征中展現(xiàn)出不可替代的價(jià)值。

    2.干涉測(cè)量：定量相位解析的核心方法
    干涉測(cè)量法是數(shù)字全息中解析相位信息的基礎(chǔ)手段，其原理源于入射光的路徑分離：入射光被分為樣品路徑與參考路徑，樣品波與參考波的干涉結(jié)果直接反映樣品波相對(duì)參考波的相移。該方法的雛形可追溯至AlbertMichelson發(fā)明的干涉儀，后經(jīng)Michelson與EdwardMorley合作改進(jìn)，應(yīng)用于著名的MichelsonMorley實(shí)驗(yàn)；馬赫曾德?tīng)枺∕Z）干涉儀通過(guò)方解石薄膜實(shí)現(xiàn)微干涉測(cè)量，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用場(chǎng)景。
    3.基于干涉測(cè)量的技術(shù)演進(jìn)呈現(xiàn)多路徑發(fā)展態(tài)勢(shì)：
    相移全息術(shù)通過(guò)調(diào)控參考路徑的相位，從多幀相移全息圖中重建復(fù)振幅，雖精度較高，但對(duì)光學(xué)元件數(shù)量、系統(tǒng)復(fù)雜性及環(huán)境穩(wěn)定性（如振動(dòng)、光源波動(dòng)）要求嚴(yán)苛；
    離軸全息術(shù)通過(guò)增大樣品波與參考波的夾角，解決了早期全息圖中實(shí)像與共軛圖像疊加的歧義問(wèn)題，具備“單發(fā)成像”能力，可實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)測(cè)量，但其時(shí)間帶寬積的提升以空間帶寬積（SBP）的降低為代價(jià)；
    邊帶調(diào)制全息法利用KramersKronig關(guān)系，通過(guò)阻擋部分k空間，從強(qiáng)度圖像直接檢索相位信息，可重建具有各向同性分辨率的復(fù)振幅，且無(wú)需復(fù)雜干涉配置；
    相位恢復(fù)技術(shù)作為非干涉方法，通過(guò)分析不同條件下的強(qiáng)度圖像反推相位，簡(jiǎn)化了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但迭代算法易陷入局部最小值，對(duì)計(jì)算效率構(gòu)成挑戰(zhàn)。

    4.生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的定量突破
    定量相位成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵進(jìn)展，在于通過(guò)校準(zhǔn)標(biāo)本成分的特定折射增量，實(shí)現(xiàn)無(wú)標(biāo)記細(xì)胞干質(zhì)量的精確計(jì)算。一系列針對(duì)性改進(jìn)顯著提升了其生物應(yīng)用性能：例如，干涉測(cè)量法可為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的哺乳動(dòng)物細(xì)胞提供可靠且可重復(fù)的定量數(shù)據(jù)，無(wú)需依賴染色標(biāo)記即可表征細(xì)胞的生理狀態(tài)與動(dòng)態(tài)變化，為疾病病理機(jī)制研究提供了全新量化維度。
    然而，技術(shù)應(yīng)用仍面臨現(xiàn)實(shí)制約：參考路徑的設(shè)置增加了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的敏感性及光源不穩(wěn)定性的影響，限制了其在臨床實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景的普及。

    5.技術(shù)革新：從復(fù)雜性優(yōu)化到穩(wěn)定性提升
    為突破上述限制，研究者通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)簡(jiǎn)化與穩(wěn)定性增強(qiáng)。共路干涉系統(tǒng)是典型代表，其核心思路源于相差顯微鏡：利用入射光本身作為與散射場(chǎng)同相鎖定的參考場(chǎng)，大幅降低了光程差波動(dòng)的影響。例如，基于衍射光柵與4f系統(tǒng)構(gòu)建的衍射相位干涉儀，可實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的時(shí)間分辨測(cè)量，為活體樣品的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)提供了技術(shù)支撐。
    同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及推動(dòng)了數(shù)據(jù)處理方法的革新。在離軸全息術(shù)中，通過(guò)對(duì)干涉圖的傅里葉變換與k空間濾波可實(shí)現(xiàn)物體波前重建；當(dāng)樣品帶寬較大時(shí)，采用輕微離軸配置結(jié)合多幀相移，可在有限相機(jī)帶寬下完成測(cè)量，而基于帶限波解析信號(hào)的算法進(jìn)一步提升了重建精度。正如Leith與Upatnieks在離軸全息術(shù)開(kāi)創(chuàng)性研究中所指出的，該技術(shù)通過(guò)引入空間調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了從“可視化工具”到“信息傳輸載體”的轉(zhuǎn)變，其原理與無(wú)線電通信的調(diào)制機(jī)制具有內(nèi)在一致性。

    歷經(jīng)七十五年發(fā)展，基于全息術(shù)的定量相位成像已不僅是光學(xué)成像技術(shù)，更成為連接多學(xué)科的研究紐帶。通過(guò)角度分辨光散射測(cè)量，可獲取光場(chǎng)的空間頻率分布，即使對(duì)于弱吸收樣品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息也能通過(guò)散射特性得以解析——這一能力已在大氣科學(xué)、軟凝聚態(tài)物理學(xué)及生物材料研究中得到廣泛應(yīng)用。
    未來(lái)發(fā)展將聚焦三個(gè)方向：一是進(jìn)一步簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)，降低對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的依賴，推動(dòng)技術(shù)普及；二是優(yōu)化相位恢復(fù)算法，提升計(jì)算效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解析；三是拓展跨學(xué)科應(yīng)用場(chǎng)景，從材料缺陷檢測(cè)到生物動(dòng)態(tài)過(guò)程追蹤，讓相位信息的量化分析為更多研究領(lǐng)域提供新的洞察維度。
    從Gabor的初始構(gòu)想到如今的多領(lǐng)域應(yīng)用，全息術(shù)驅(qū)動(dòng)的定量相位成像正以“無(wú)標(biāo)記、定量化、動(dòng)態(tài)化”的特性，持續(xù)拓展人類對(duì)微觀世界的認(rèn)知邊界，其演進(jìn)歷程既見(jiàn)證了基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的相互促進(jìn)，也預(yù)示著更廣闊的跨學(xué)科應(yīng)用前景。