首先从理论上计算出了染料(DCM)掺杂液晶激光器的泵浦阈值能量为9.2×10-7 J, 从而选定了最适合的泵浦光源, 并在此基础上设计了相应的泵浦光路。 通过检测输出激光的光强和波长, 从光栅周期、 外加电场两个方面着手对激光器的输出光谱进行了特性研究, 结果表明, 通过改变光栅周期就可以实现出射激光波长在100 nm范围内(585～685 nm)的调谐, 符合理论计算值。 与此同时, 通过施加外加电场也可以实现出射波长的调谐, 虽然调谐范围较小, 但是也实现了输出激光强度的调谐, 强度调谐幅度高达90.2%。 染料掺杂液晶激光器的波长和光强双向可调谐特性, 大大拓展了其在全光网络通信的应用前景。 但是, 当电场从0 V·μm-1增加到20 V·μm-1时, 出射激光的线宽也从0.4 nm增加到了1.5 nm, 在激光器的可调谐应用中也应注意线宽的变化。

为了提高聚合物/液晶(HPDLC)光栅的衍射效率并改善光栅的表面形貌, 研究了表面垂直取向处理对HPDLC光栅的影响。首先, 研究了表面垂直处理对液晶分子的取向作用, 发现垂直取向层对液晶的锚定作用随着盒厚的增加而逐渐减弱, 取向层的作用范围大概在3 μm ~5 μm之间; 其次, 对相分离程度进行了实验表征, 结果表明, 随着液晶盒厚度的增加, 相分离开始的时间越来越快, 并且分离程度也越来越彻底。最后, 讨论了表面垂直取向对HPDLC光栅衍射效率的影响, 随着盒厚的增加, 相分离出来的液晶微滴形成连续的区域, 光栅的衍射效率逐渐升高, 当盒厚增加到一定程度, 其衍射效率和无取向处理的光栅接近。当盒厚过大时, 垂直取向处理对HPDLC光栅散射损失并没有太大的改善, 只有当盒厚适中(12 μm)时, 光栅的衍射效率最高, 散射损失最小。

为了降低聚合物/液晶光栅的散射损失，并消除光栅的偏振依赖性，选取了低官能度的光敏单体作为反应体系，并逐步提高光栅的制备温度。首先选用五官能度的DPHPA （dipentaerythritol hydroxyl pentaacrylate）、双官能度的PDDA（ phthalic diglycol diacrylate）以及单官能度的NVP （N-vinylpyrrolidone）作为反应体系；其次，在制备过程中在光栅的后面放置加热台，逐步提升制备温度。实验结果表明：当制备温度上升到62 ℃以上，光栅有更多（36%）的液晶析出，相分离比常温下制备时要更完全一些，而且高温下制备的光栅其平整度更高，从而使光栅的散射损失比常温下减小了66.7%，器件的SEM图片也进一步证明了这个结论。同时高温制备也消除了液晶光栅的偏振依赖特性。

研究了热致收缩形变三嵌段式液晶(LC)弹性体薄膜的制备方法，分析和测试了薄膜的偏光特性和热致收缩率。采用全息曝光的方法一次性制备出具有栅状结构的热致液晶弹性体薄膜材料。在此基础上采用偏光显微镜(POM)、He-Ne激光器对弹性体薄膜的嵌段式栅状结构和偏光特性进行检测，并分析了薄膜弹性体偏光特性和液晶分子取向的关系，对该液晶弹性体薄膜的热致收缩性能进行了测试。实验结果表明，嵌段式栅状薄膜具有偏光特性，液晶分子沿垂直于栅状结构的方向排列。在液晶相变温度处(65~80 ℃)，该液晶弹性体薄膜的热致收缩形变率达到12%。

为了提高全息聚合物分散液晶(简称HPDLC)光栅的衍射效率并得到良好的光栅表面形貌, 在制备光栅的反应体系中添加了具有吡咯烷酮结构的单官能度小分子NVP, 并进一步阐述了NVP对HPDLC光栅在反应动力学方面的影响。 分析表明, NVP的添加显著增加了预聚单体的聚合速率, 并且能使原本被困在聚合物网络当中的双键继续发生反应, 从而大大提高了反应体系的双键转化率; 另外, NVP的添加使得光栅的相分离更加彻底, 在获得良好的表面形貌的同时也增大了光栅的折射率调制度, 从而提高了HPDLC光栅的衍射效率。 总之, 在添加了NVP之后, 体系的聚合速率和预聚单体的反应度都大大提高, 从而使得光栅的表面形貌和衍射效率也得到较大的改善和提高, 衍射效率提高到96.36%。

为了降低全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压并提高其对比度，基于偏振原理设计了一种新型电调谐光栅。对传统的全息聚合物分散液晶(HPDLC)光栅进行了基板表面取向处理，加强液晶的均一排列程度，消除了液晶区域内的散射；然后，在光栅前面放置扭曲向列(TN)偏振调谐器，通过调节入射光的偏振方向，实现光栅内液晶折射率的变化，进而改变与聚合物折射率的差别，实现衍射强度的调谐。实验结果表明：光栅的阈值电压降低到了0.75~0.8 V，对比度提高到了245∶1，是传统HPDLC光栅的6~7倍，同时也大幅降低了散射损失且稳定性良好，可满足高端光学设备及显示产品方面的需求。

使用3种分子结构不同的单体材料体系制备了全息聚合物分散液晶光栅,对所制备光栅的形貌、衍射特性、驱动特性、单体双键转化率等进行了研究。研究结果表明:体系中单体材料结构刚性的增加有助于相分离结构的改善。由柔性单体制备的光栅样品,双键转化率低,光栅液晶区域液晶微滴尺寸小,驱动电压高;刚性适度的样品,其光栅液晶区域液晶微滴较大,衍射能力达到96％,实际衍射效率为82%,且曝光结束后单体的单体双键转化率达到了57％,驱动电压为8.3 V/μm;随着单体材料结构刚性的继续增加,光栅液晶微滴反而变小,液晶区域变窄,驱动电压升高。因此,合理增加单体的刚性程度有助于提高光栅相分离及光栅的电光特性。