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海洋在地球生态系统平衡与调节的过程中有着不可替代的作用,其中海洋浮游生物研究是海洋科学研究的重要课题。浮游生物是一个复杂、庞大的生物群落,包括动物和植物,它们在生命起源、新基因发现、新药品研制、环境保护和全球气候变化等多方面有着重要的研究意义,逐渐成为海洋研究的热点话题之一。数字全息显微技术是数字全息与显微成像技术相结合而形成的一种探测技术,它发挥了数字全息景深大、无干扰、无破坏的探测特点,又结合了显微物镜的放大特性,实现对较小尺寸的浮游生物进行探测。本文设计的同轴数字全息显微Digital In-line Holographic Microscopy(DIHM)探测系统,实现了对浮游生物的光场获取。在不同景深对图像进行再现,实验结果既可以得到单一浮游生物的清晰图像,也可以获得一定水体内浮游生物在海水中的分布情况。实验可以观察到桡足类,夜光虫以及各种藻类的形态信息,结果表明数字全息显微系统是一种适合海洋原位探测的浮游生物研究的有效方法。论文设计并完成了水下浮游生物激光全息探测系统的制作。该系统由光源舱和接收舱两部分组成,两舱体后端尾部有电缆相连,供电电池位于光源舱内,为两个舱体提供电能,光源舱主要作用是产生平行光照亮待测水体：接收舱为显微放大单元和图像记录存储单元,通过CCD采集图像,并与PC104进行通信,完成图像的存储。制作完成的舱体L1340mmXW156mmXH156mm,能够在水下200m工作,通过耐压测试、密封性测试以及浅海探测实验,系统样机能够实现对水下浮游生物的探测。本文通过对数字同轴全息显微系统的介绍和在海洋浮游生物成像实验的基础上,完成了水下仪器的制作,通过实验测得系统的分辨率可以达到7.8μm,景深可以达到10mm,在相同放大率的情况下,景深优于一般光学显微镜指标。该系统可以同时保证在足够的放大倍率下获得较大景深,并且系统分辨率满足浮游动物和浮游植物的探测需求。经过浅水实地探测实验,发现水体扰动、环境光、孪生像以及零级像的存在都会对图像像质产生干扰,实际海洋情况更为复杂多变,还需要开展针对水下浮游生物数字全息探测的噪声降低和滤波方法进行研究,以及消除零级像和孪生像的研究。考虑到以后的实用性问题,仪器的小型化显得尤为重要,在不改变仪器水下探测功能的基础上,需要对仪器进一步简化。同时在现有同轴系统的基础上,希望能够实现离轴数字全息显微系统的仪器化和集成化。