液晶空间光调制器通过改变驱动电压强度控制液晶分子排布实现对光的调制。紫外区域可用的液晶空间光调制器随光聚合式3D打印等应用的兴起，重要性日益显现。然而绝大多数液晶材料都是有机物，在紫外波段存在光吸收和光反应。为了拓宽液晶材料的应用波段，本文通过选择在应用波段不发生紫外吸收和光反应的官能团，设计了一类可在325~400 nm波段应用不发生光吸收和光反应的液晶材料，并对液晶材料的紫外-可见光光谱进行仿真以验证设计的合理性。将耐紫外液晶化合物配置成混合液晶材料后与常见的两种混合液晶材料的紫外稳定性进行比较。在经过120 min的325 nm紫外光源的辐照后，液晶材料的吸光度和相变温度几乎不变，双折射率变化0.04%，阈值电压变化1.39%，响应时间变化0.32%。

相控阵器件具有色散的作用，而激光器中心波长通常会产生一定漂移，也具有一定光谱宽度，导致大角度偏转情况下，激光光束位置与光功率分布发生改变。针对这一问题，通过液晶空间光调制器与级联液晶偏振光栅两种相控阵器件色散理论，推导出组合液晶相控阵器件波长与坐标之间的关系公式。结合激光光源的光功率谱分布与单模激光的截面功率分布公式，推导出高斯光束经过组合液晶相控阵器件后的光功率分布公式。针对公式计算上的困难给出了简易计算方法。结合特定实例，计算出1 000 km外色散特性以及波长漂移引起的位置偏差，色散特性以及光谱宽度引起的光束截面功率分布。根据设定系统参数与偏转角度分析了液晶相控阵器件色散特性对能量收集的影响，分析结果表明：激光光束截面功率向色散方向延伸，偏转角度越大，色散引起的变化越严重，中心位置偏移越严重，峰值位置功率密度越低。

正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转，在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景，其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光，如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题，文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化，验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构，构建了测试系统，最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。

目前正交级联液晶偏振光栅使用过程中的偏转角度均被认为是其角分辨率的整数倍，实际使用过程中，正交级联液晶偏振光栅的偏转角度与设计角度存在一定偏差。针对该问题，给出了正交级联液晶偏振光栅偏转角度计算模型。首先根据单片液晶偏振光栅角度偏转理论，推导出级联液晶偏振光栅偏转角度公式，然后进一步推导出二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转模型，分析了二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转范围与角间隔之间关系，分别计算出满足一定角度范围的角间隔，满足一定角度间隔的角度范围以及同时满足角度范围、角度间隔的设计角间隔。最后分别利用光学设计软件建立了精度为0.001°的软件模型并构建测量精度为0.1°的实物测试系统，证明了角度偏转模型的准确性。

低维纳米材料的大比表面积极大提升了材料与环境气体分子的反应效率，对提高光纤氢气传感器中关键氢敏器件的灵敏度及响应速度有着至关重要的作用。提出了一种在油水界面自组装制备高性能金钯（Au-Pd）核壳纳米颗粒单层氢敏薄膜的方法，并制备了基于该薄膜的透射式光纤氢气传感器。实验中采用水热合成法制备粒径约12 nm的球形Au核，然后在Au核水溶液中加入Pd生长液，得到粒径约为20 nm的Au-Pd核壳纳米颗粒。采用十八胺修饰Au-Pd核壳纳米颗粒并通过相转移技术将颗粒转移到甲苯溶液中，最后在甲苯-水界面提拉制备覆盖率高并且空洞和堆积少的纳米颗粒单层氢敏薄膜。表征分析结果表明，形成的Au-Pd核壳纳米颗粒粒径均匀且结晶度好，制备的纳米颗粒单层薄膜排列致密覆盖率达87%。搭建了透射式光纤氢气器并测试了制备的Au-Pd核壳纳米颗粒单层膜在不同氢气浓度下的感氢响应特性。实验结果表明，单层纳米颗粒氢敏膜对4%的氢气响应时间约为3 s，对0.1%的氢气（氮气为载气）响应时间约为13 s，在多个循环的测试中表现出良好的稳定性，该传感器在低浓度氢气的快速、准确检测上具有良好的应用前景。