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。

随着硅光子技术的发展，硅光子集成器件在信号处理上的也应用越来越广泛。在物理层面上的光信号处理包括五类，分别对应时间、振幅相位、偏振、波长、空间五个维度，对应的技术分别是时分复用、高阶调制格式、光的偏振复用、波分复用以及空分复用(包含模分复用)。我们的研究主要集中在波长、偏振、模式三个维度上来进行硅基的片上光信号处理。介绍了三类用于波长、偏振和模式信号处理的硅光子器件。第一类是波长维度上的，包括片上光学梳状滤波器和交织型滤波器;第二类包括偏振分束器和偏振旋转器;第三类包括一个特殊设计的超紧凑纳米束光开关，两个大规模的模式和偏振选择性光开关。这些器件为片上的光学信号处理提供了更多的选择，在实际应用中也有很大的潜力。

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。

非晶硅、非晶氧化铟镓锌、多晶硅薄膜晶体管是可用于设计AMOLED像素驱动电路的3 种典型的薄膜晶体管(TFT)技术。文中基于3 种TFT的模型, 针对大尺寸、高分辨率的AMOLED, 分别在典型的电压式驱动和电流式驱动像素电路进行了建模仿真, 并对仿真结果做了分析和比较。该研究方法为像素电路的设计提供了一定理论依据。

为提高三维显示器的性能, 提出了一种动态单像素液晶透镜方法。通过对液晶透镜进行结构建模仿真并根据三维显示技术的光学原理, 对像素光源发散角以及液晶内部折射率分布对三维显示的性能影响进行了分析。通过实验结果的对比, 发现光源的发散角度对单像素立体显示器的性能有很大影响。通过优化相关参数, 可以使自由立体显示系统实现高分辨率和低串扰, 改善自由立体显示的性能。

计算了掺有周期性介质层的胆甾型液晶(CLC)膜的反射光色品值, 分析了该膜用于滤光片的可行性。首先利用Jones矩阵法对其反射光谱进行了数值计算,然后分析和比较了掺入周期性介质前后液晶膜的CIE-1931色品图。从数值计算可知, 在适当的液晶和介质厚度比例下, 改变斜入射角度对掺有周期性介质层的反射式胆甾型液晶滤光片的反射光色品值改变不大, 可以起到窄带滤光片的作用。

We propose a new scheme to generate broadband linearized optical single-sideband (OSSB) signal for radio over fiber systems. By using an unbalanced dual parallel Mach-zehnder modulator (DPMZM) followed by optical filtering, a linearized OSSB signal is obtained. With coherent detection, radio frequency (RF) signal can be recovered with simultaneously suppressed second-order distortion and third-order intermodulation. This scheme can be used to realize broadband systems with wide dynamic range.

A 100-Gb/s high-speed optical transmitter is proposed and experimentally demonstrated. Based on frequency-quadrupling technique, two sub-channels with a fixed 50-GHz spacing are obtained from one laser source. Using return-to-zero differential quadrature phase-shift keying (RZ-DQPSK) modulation format and polarization multiplexing (PolMux), only low-speed electronic devices of 12.5 GHz are needed for the 100-Gb/s transmitter. This eliminates the need of ultrahigh-speed optoelectronic devices and thus greatly reduces the cost. The experimental results show that this transmitter can achieve good performance in dispersion tolerance of a 25-km single mode fiber (SMF).