本文提出了一种基于空间光调制器的可实现任意图案设计的单步曝光光配向方法。通过像素级精确控制输出光的偏振方向, 可完成对局部区域液晶指向矢的自由取向, 从而实现具有任意图案设计的Pancharatnam-Berry(PB)相液晶器件的制作。这种非干涉曝光投影光配向法不仅简单、高效, 并且能大幅降低环境扰动的影响。基于该方法, 采用两种光取向材料制备了多种PB相液晶器件: 光栅、透镜、全息图和q-plate等。实验表明, 本文制作的PB相液晶器件可实现连续的相位分布和较高的衍射效率。基于这些PB相器件, 本文进一步提出了应用于增强现实显示领域的抬头显示和头戴式显示系统。

为实现自然、舒适的增强现实显示, 需要解决传统增强现实显示中调焦和辐辏冲突的问题。多平面显示通过在空间中构建二维切片画面来实现三维显示, 由于每层画面都显示在不同深度, 因此可以准确地表达三维显示的深度信息, 有效地缓解调焦和辐辏冲突的问题。本文主要介绍基于液晶散射膜的多平面增强现实显示系统, 包括基于正型聚合物稳定向列相液晶、反型聚合物稳定向列相液晶、聚合物稳定胆甾相液晶的多平面增强现实显示。聚合物稳定向列相液晶的响应速度可以达到0.65 ms, 聚合物稳定胆甾相液晶的响应速度也在3 ms以内, 因此可以通过时分复用的方式实现多平面增强现实显示。最后讨论了基于液晶散射膜多平面增强现实显示有待解决的问题以及未来的发展趋势。

偶氮掺杂液晶具有非常强的三阶光学非线性, 其非线性机理包括光致热效应等多种物理机理。为了测量偶氮掺杂液晶三阶光学非线性, 本文采用非线性干涉法, 定量测量了波长632.8 nm下, 光强变化所引起的折射率改变。为了测量得到热效应对掺杂液晶非线性的贡献, 我们提出了温度等效法, 通过在暗室中加热掺杂液晶样品产生与光照时相同的温度变化, 模拟出等效的热效应, 从而将热效应从多种非线性机理中单独区分出来; 通过测量此时的折射率改变, 以及对应的温度和光强变化, 得到了热效应导致的光学非线性。为了提高非线性干涉方法的灵敏度和消除环境震动带来的误差, 本文采用了双路干涉的方法, 使得测量精确性大为提高。测量结果表明：在波长632.8 nm下, 掺杂液晶三阶非线性系数n2为0.268 cm2/W, 其中热效应的贡献为0.091 cm2/W。