随着纳米科学以及微电子技术和光通信等技术的发展，微结构的加工工艺和微纳光学元器件在生产、应用中得到了广泛关注。在微纳元件使用的过程当中，其表面粗糙度、面型误差、结构动态特性等技术参数直接影响了微纳元件甚至系统整体的性能，因此，对微纳尺度的微细结构定量测量成为微纳元件工业发展中的一个关键问题。　　数字全息具有三维成像、全视场、非接触以及灵活的数字化处理等优点，近年来，数字全息技术已经在三维形貌测量、形变测量等方面得到了一定的应用。双波长数字全息技术，由于获得了等效波长而避免了微纳尺度内的较大光程差物体的解包裹问题，因此在近年的科学研究中得到了更广泛的关注，尤其是在无损非接触测量的光电检测领域发挥了重要作用。　　本文系统介绍了数字全息及双波长数字全息在国内外的研究成果与发展现状。重点分析了影响双波长数字全息成像质量的问题，并在此基础上，主要针对由于两个波长之间的差异造成的再现相位分布不一致问题以及数字全息再现普遍存在的相位畸变问题进行了理论与实验研究。主要研究内容有:　　理论推导和仿真模拟了双波长数字全息的记录和再现原理。针对双波长数字全息光路系统引起的两幅全息图焦面不对称以及再现相位图不匹配等问题，引入自聚焦算法，对两幅全息图分别聚焦再现来减小测量误差。通过搭建基于马赫曾德的双波长离轴菲涅耳光路系统对相位型光栅样品的高度信息进行了测量，验证了自聚焦算法在双波长数字全息测量中减小误差的可能性。　　对相位畸变产生原因和去除畸变的方法做出了分析，给出了手动调节法和曲面拟合及双步曝光法的理论，并对后两种方法的有效性进行了仿真对比。通过搭建基于马赫曾德的双波长离轴菲涅耳光路，和预放大光路分别对相位型光栅和透射式阶梯型物体进行了相位和高度信息的测量，实验结果表明了双步曝光法在提高双波长数字全息成像质量的优越性。