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在过去的几十年里，伴随着生命科学研究的高速发展，共聚焦激光扫描显微镜对生命科学研究领域做出了巨大的贡献，然而其成像中的逐点扫描过程非常耗时，使得活体样本中的大多数生理学过程难以捕捉，并且有较大的光毒性。为了研究活体生物体内的微观动态过程，非接触性和低侵入性的显微镜技术则是一种必不可少的研究手段。光片荧光显微成像(Light Sheet Fluorescence Microscopy，LSFM)是一种快速、低光漂白和低光毒性的三维活体荧光成像方法。它通过选择激发生物样本的不同区域和控制激发层厚度来抑制背景荧光噪声，提高图像的对比度，并与高速探测器相结合实现快速宽场成像，具有低光漂白和低光毒性等众多优点，非常适合活体样本的三维成像。 数字全息显微术将显微成像技术和数字全息术相结合，实现了小体积生物样品的三维显微成像和物场振幅及相位的全场、非破坏性及高精度的定量测量与分析。传统的数字全息技术对光源的相干性要求较高，而非相干全息的出现降低了对该方面的要求，从而可以应用于非相干的荧光成像。在非相干全息中，菲涅尔非相干相关数字全息术(Fresnel Incoherent Correlation Digital Holography，FINCH)是一种非扫描、低噪声、高分辨的三维成像技术，在当前已成为国内外非相干数字全息的研究热点。FINCH技术基于物信息和菲涅尔波带片之间的相关实现非相干全息图的记录，利用相移法在重建过程中抑制孪生像的影响。它可以在非相干全息的基础上与任何标准的光学成像技术相匹配实现荧光显微成像。 在本论文中，将光片显微成像技术与菲涅尔非相干相关数字全息相结合，主要开展了以下几个方面的研究工作: 1、选择了一种新型的对偏振敏感的几何相位透镜（偏振定向平面透镜）代替传统FINCH技术中的空间光调制器作为全息记录光路中的分光器件来实现波前调制和衍射分光，自主设计并完成了完整的基于偏振定向平面透镜的菲涅尔非相干相关数字全息产生装置的搭建，验证了偏振定向平面透镜可代替空间光调制器实现非相干全息图的记录，这不仅克服了对空间光调制器的高性能和高衍射效率的要求，而且大大降低了实验装置的复杂性和高昂的成本，直线型结构使得该装置结构紧凑、搭建方便和易于调节。 2、将光片荧光显微技术与基于偏振定向平面透镜的菲涅尔非相干相关数字全息装置相结合，搭建了一套双端泵浦的LSFM-FINCH荧光显微镜装置，利用该装置中的LSFM实现了生物样本的荧光成像。