铁电液晶因具有低电压驱动下的微秒级响应, 近年来得到科研工作者的广泛关注, 且有望应用于下一代显示及光子学器件领域。本文介绍3种典型铁电液晶光电模式, 分别为表面稳定型(surface stabilized ferroelectric liquid crystal, SSFLC)、螺旋形变型(deformed helix ferroelectric, DHF)及电致解旋型(electrically suppressed helix, ESH)。对各光电模式的工作原理及对应的电光效应进行详细阐述, 如双稳及多稳态响应、连续灰阶调制、高对比度开关等。同时, 光控取向技术在铁电液晶器件中发挥着至关重要的作用。相较于传统摩擦取向层, 光控偶氮染料取向层可实现非接触的、锚定能有效控制的铁电液晶取向, 这为铁电液晶器件的无缺陷、大面积均匀取向提供前期基础。因此, 高对比度、高分辨率、快响应的铁电液晶器件在未来的场序彩色显示、微型显示、2D/3D显示等领域有着广阔应用前景。

铁电液晶偏振态分析器(PSA)是宽波段偏振成像的核心组件，其抑制噪声的能力对偏振测量结果具有重要影响，因此解决宽波段铁电液晶PSA优化设计问题具有重要意义。根据宽波段偏振成像测量的基本原理推导出铁电液晶PSA的斯托克斯测量矩阵，采用遗传算法和条件数 (CN)、同样加权方差(EWV) 评价准则对偏振器件的方位角参数进行优化设计，得到铁电液晶PSA的最佳器件组合方式和方位角参数。最后，根据优化设计结果搭建多波段实验装置，对3D眼镜和偏振片进行成像测量实验。实验结果表明利用所设计方法实现的偏振测量装置能够有效测量出目标的偏振特性。

激光显示消散斑问题是激光显示的重要研究课题,是阻碍激光显示真正实用化的一个关键难题。综述了国内外已有的消散斑方案的优劣以及可行性,并重点分析了双屏幕振动消散斑方案。在此基础上,提出了新的三种理论消散斑方案:铁电液晶消散斑,波导扰动光纤消散斑和旋转散射片消散斑。

提出了一种利用非线性最小二乘拟合法自校准测量偏振元件Mueller矩阵参数的新方法。通过测量放入待测样品前后输出偏振态的Stokes参数，建立起由测得的输出偏振态参数、系统未知参数与被测样品的Mueller矩阵之间的函数关系式，使用多参数的非线性最小二乘拟合求解得到待测样品的Mueller矩阵。建立了一套基于铁电液晶波片、旋转波片及偏振片的光谱型Mueller矩阵椭偏仪，并通过自编的Labview自动控制软件实现了智能化测量。误差分析和实际测量结果表明，在600~900 nm波长范围内，Mueller矩阵元参数的测量精度在0.01以内，重复性精度达到0.005。该测量系统无需对系统进行复杂的定标，简化了测量过程，实现了Mueller矩阵元参数的自校准测量。

将分子自组装单层膜技术应用于铁电液晶取向, 结合传统摩擦技术制备了非对称取向的铁电液晶器件。采用在液晶相变过程中不施加电场的简易制备方法, 获得了铁电液晶的均一排列。且对比实验表明, 自组装膜末端基团极性越大, 器件对比度越高。通过分子模拟和排列机理分析认为自组装膜极性端基的引入, 基板附近处液晶分子偶极和自组装膜端基基团相互作用, 导致自组装取向层和摩擦取向层表面处铁电液晶分子的偶极指向一致性, 通过器件表面-内部液晶分子排列的诱导作用, 从而实现了铁电液晶器件的单畴无缺陷排列。

针对氢化非晶硅/铝/铁电液晶结构的光寻址空间光调制器(OASLM)，依据其等效电路模型，利用Pspice和Matlab软件对其分辨率、响应速度、对比度及灰度响应等性能进行了分析。结果表明：在铁电液晶(FLC)层厚度一定的情况下，减小光敏感层(a-Si:H层)的厚度可以提高FLC-OASLM的调制传递函数，从而提高分辨率；在其他参量一定的情况下，FLC-OASLM的响应速度随写入光光强增大而增大(写入光从0.08 mW/cm2增大到10 mW/cm2，延迟时间减小110 μs，上升时间减小154 μs)，随擦除光光强增大而减小(擦除光从0增大到1 mW/cm2，延迟时间增大41 μs，上升时间仅增加3 μs)；FLC-OASLM的对比度随控制光光强增大而增大，最终趋于一个稳定值21∶1；在其他参量不变时，随着擦除光光强的增大，输出光响应呈现“等级”下降，且发现当擦除光光强达到一定值(3 mW/cm2)后，擦除光的改变主要影响下降时间而对上升时间几乎无影响；合理设计激励源信号波形，可以得到超过十级灰度输出，表明擦除光具有实现FLC-OASLM的灰度响应的功能。

通过引入由液晶盒多层结构及驱动电路所导致的阻抗分配效应,将表面稳定型铁电液晶(SSFLC)等效电路模型拓展到对其V字型光电效应的研究当中,在随机高频脉冲(τP=25 μs)激励下成功地实现了灰度级输出。模拟结果表明,当激励脉冲幅度较小时,输出光透射率随着激励脉冲幅度的提高线性增加,当激励脉冲幅度较大时则透射率趋于饱和,在一定条件下,激励脉冲幅度在2～10 V范围内SSFLC表现出较好的灰度特性。另外,由于铁电液晶的自发极化效应,液晶层压降VLC即使在激励信号VIN=0时也不会消失,且VIN=0时VLC的符号恰好与自发极化强度在电场上分量的符号相反,VLC的大小则与液晶层及定向层的材料参数,以及液晶盒的结构参数相关。

提出了关于V字型铁电液晶(V-shaped Ferroelectric Liquid Crystal, VFLC)的等效电路模型, 旨在将EDA技术引入对VFLC光电集成系统进行研究、开发和设计。该模型考虑了由铁电液晶盒多层结构和驱动电路引起的阻抗分配效应, 以及极化与非极化锚定能对VFLC光电响应特性的影响。演示了电光迟滞曲线的反常迟滞、V字型及正常迟滞状态, 并着重就自发极化强度对电光迟滞曲线的影响给出了模拟结果和分析。结果表明：强制电压随驱动信号频率的提高而增加, 但增加速度随自发极化强度的提高而减慢；强制电压和迟滞反转频率随自发极化强度的变化均存在一个拐点, 强制电压在自发极化强度为80nC/cm2时取到最小值(-0.084V), 迟滞反转频率在自发极化强度为90nC/cm2时达到最大值(6.4Hz)；自发极化强度小于80nC/cm2时, 迟滞反转频率随自发极化强度准线性增加。模拟结果从量级和趋势上均与实验结果吻合。

为了消除chiral nematic-chiral smectic C (N*-SmC*)相序铁电液晶从N*相降温到SmC*相时形成的两畴织构缺陷，提高液晶的响应速度，选用铁电液晶R-2301以及两种取向剂SE-410和RN-1199制备了5种铁电液晶样品器件。实验后，对5种器件的排列织构的正交偏光显微镜照片进行对比，得出通过非对称边界锚定作用可以得到均匀单畴排列的铁电液晶器件的结论。实验结果表明：经过非对称边界锚定作用可以得到电光曲线为半“V”字型且静态对比度为300∶1的均匀单畴排列铁电液晶器件。这一结论和理论近似计算结果相吻合，为N*-SmC*相序铁电液晶器件实现单畴排列制备提供了新的方法和途径。