涡旋光阵列在光通信、多微粒操控、并行激光加工等领域有着广阔的应用前景，近年来受到越来越多的关注。然而动态可调的纵向涡旋光阵列的实现仍具有一定挑战性。本文基于达曼编码方法与液晶光取向技术，设计并制备出一种液晶螺旋达曼波带片。实验结果表明，该器件可以高效地产生拓扑荷数逐级变化的1×5纵向涡旋光阵列，并可以通过改变外加电压来动态切换器件的开关态。此外，该器件通过水平/竖直翻转一次或是改变入射光模式，还可以对产生的纵向涡旋光阵列的拓扑荷数进行反转变换或加减运算。液晶螺旋达曼波带片兼具低成本、高效率、电光可调等优势，有望促进液晶光电元件在多维光场调控等领域的应用。

提出了一种基于聚合物突起液晶透镜阵列。该液晶透镜阵列的周期性聚合物突起上镀有氧化铟锡透明电极，利用介电层抹平相剖面，通电状态下在液晶层内部产生沿透镜孔径呈线性变化的垂直电场，在液晶层内形成了呈中心对称的梯度折射率分布，从而使液晶层对入射光线有聚焦作用。优化后的液晶透镜阵列采用较薄的液晶层，大幅缩短了液晶透镜阵列的响应时间。所提液晶透镜阵列具有工作电压较低、电极简单、基板内部侧平面化和液晶层厚度均匀等优点。仿真结果表明，通过改变驱动电压，该液晶透镜阵列的焦距可以从无穷大连续调节到1.28 mm。

在基于结构光条纹投影的三维形貌测量中，由于环境等各种因素的影响会产生各种噪声。在现有的点云去噪方法中，通过分析三维空间和点云的几何关系进行点云噪声的去除存在计算复杂、效率低等问题。为了提高点云精度和点云去噪的速度，提出了一种基于图像分割的点云去噪方法。首先，根据结构光条纹投影重构的三维点云建立二维点云映射图像；其次，利用图像阈值分割方法和区域生长方法对二维点云映射图像进行图像分割；然后，对分割出的噪声区域进行记录并去除；最后，对新的二维点云映射图像重新进行三维重建得出去除噪声的点云。实验结果表明，经过该方法处理后点云精度可以达到99.974%，去噪时间为0.954 s。所提方法可以有效去除点云噪声，避免在三维空间进行复杂的计算。

针对现有烟火检测算法存在的漏检和误检问题，提出一种基于高效全局上下文网络（EGC-Net）的轻量级烟火检测新算法。该算法以轻量级目标检测网络YOLOX为基础网络，将改进的EGC-Net嵌入到YOLOX的主干特征提取网络与特征金字塔网络之间。EGC-Net由上下文建模、特征转换和特征融合3阶段结构组成，用于获得图像的全局上下文信息，建模烟火目标与其背景信息的远程依赖关系，并结合通道注意力机制学习更具判别力的视觉特征用于烟火检测。实验结果表明，本文提出的EGC-YOLOX烟火检测算法的图像级召回率为95.56%，图像级误报率为4.75%，均优于对比的其他典型轻量级算法，且速度满足实时检测的要求。该算法可在安防和消防领域推广，用于实时火灾监控和预警管理。

针对航拍图像中对于小尺度的飞机目标出现漏检、错检的问题，在SSD（Single Shot MultiBox Detector）模型的基础上提出了一种改进SSD的航拍图像目标检测模型。首先，针对SSD模型中浅层特征图中缺乏语义、细节信息的问题，设计了一种特征融合机制，通过添加细节信息补充特征层和添加由递归反向路径获得的语义信息补充特征层来丰富浅层特征图的语义、细节信息。然后，针对SSD模型对通道以及空间信息的关注能力不足的问题，引入了结合通道和空间的混合注意力模块来提高模型整体的关注能力。最后，针对SSD模型中先验框与小尺度目标不匹配的问题，对先验框的比例进行了调整。使用自制的航拍图像数据集进行验证，结果表明改进后的模型检测精度为95.7%，相较于原模型提高了7.5%，检测速度达到30.8 FPS。

蓝相液晶由于其出色的电光性质在信息显示和光电子领域受到了广泛的关注，然而日益发展的信息技术对信息的传递、处理、存储速度提出了更高的要求。为了进一步强化蓝相液晶的快速电光响应优势，本文以双频向列相液晶为主体，掺杂聚合单体、手性剂、光引发剂等材料制备了聚合物稳定双频蓝相液晶，通过调节双段电压脉冲时长，实现了聚合物稳定双频蓝相液晶的快速电光调控，其电光调控的开关时间均小于500 ns。

通常用混合阶庞加莱球的方法描述任意矢量涡旋光束，该方法可以使其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。目前，人们常用空间光调制器、超表面与螺旋相位板的组合、激光谐振腔等来产生矢量涡旋光束。然而，这些方法所产生的光束通常只限于特定的偏振态，且具有低损伤阈值、低转换效率和大结构尺寸等缺点，并且这些方法通常只能实现同一混合阶庞加莱球上的适量涡旋光束的产生与切换。本文提出了一种利用电控可调液晶q板和波片通过纯电控手段来实现两个不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换。通过理论和实验对其结果进行验证，与预期仿真结果基本保持一致。此方法具有良好的电可控性、集成性好、转换效率高等优点，并且可以为结构化光束的应用提供基本的光学系统支持。

传统的显示器由于滤色器的存在，有较大的功耗且能量利用率不高。本文提出了一种利用液晶调制紫外光偏振态以实现对受到局域表面等离子体共振影响的荧光量子点光强调制的方法，所设想的显示设备由用于产生局域表面等离子体共振的金属纳米结构、附着于金属纳米结构电场热区的荧光量子点和基于液晶结构的光偏振调制模块组成。对单个像素的情况进行了理论模拟和原理分析，计算了若干金属纳米结构对不同偏振态的紫外光的响应。理论验证了特定金属纳米结构的表面等离子体光强放大效应，通过电子束刻蚀和半导体沉积等技术手段可在光强放大的电场热区植入荧光量子点，受到紫外光偏振态调制的金属表面等离子体产生可控的光强增强或减弱，进而激发或者抑制相应颜色的量子点发出不同颜色的光，使其可以用于显示。提出了一种新颖的显示模式，不同于传统显示，其具有较高的能量利用率和较大的色域，虽然其存在色彩对比度较低、分辨率不够高等问题，但提议确实为人们日常的信息显示提供了一种新的思路和一种潜在可能，相信随着技术的进步和设计结构的优化，这种光偏振态调制受表面等离子体激励的荧光量子点的方法可以在显示以及非显示领域获得应用。

光驱动液晶显示（optically driving liquid crystal display，ODLCD）通过偏振光控制液晶分子的取向来实现显示功能，它已经被广泛应用在各种光电器件中。然而，由于ODLCD较大的擦写时间和响应时间，它在实际应用中仍然受到了一定的限制。本文在ODLCD的光取向层azo dye（SD1）中掺杂了氧化镍（NiO）纳米粒子，并探究了NiO纳米粒子对ODLCD的擦写时间和响应时间的影响。同时，利用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜研究了NiO在SD1取向层的分布和微观形貌。实验结果表明，随着NiO浓度增加，NiO在SD1薄膜的粒径逐渐变大。在不同质量比（1∶0到1∶0.1）的SD1-NiO中，质量比为1∶0.08的SD1-NiO制备的ODLCD具有最小为6.8 s的擦写时间。此外，对于传统的电驱动液晶显示（liquid crystal display，LCD）应用中，掺杂比为1∶0.02的SD1-NiO所制备的ODLCD的响应时间被降低5 ms。

近年来，液晶网络材料因为在人工肌肉、软体机器人、微流控制器和4D打印材料等智能软器件领域的应用受到了越来越多的关注。液晶网络材料在化学结构上同时包含聚合物交联网络和液晶基元，在性能上同时具有聚合物的可加工性、化学稳定性和力学特性以及液晶可调的各向异性，因此具有外观易编辑、功能可调、对多种刺激都能响应等优点。利用这些特点，可以将指定的形状或颜色信息精确地写入到材料中，同时在特定外界刺激（光，热，电场，溶剂等）下使信息再次显现，实现信息的存储、加密与读取。本文简要论述了具有可编辑颜色（包括结构色和荧光颜色）和形状记忆的液晶网络材料的信息存储方式，重点介绍了液晶网络材料在伪装、多级信息存储与信息传递等方面的应用研究进展。

液晶高分子是同时具有液晶各向异性和高分子力学特性的功能高分子。在液晶高分子中引入具有光化学异构化或者光热响应的结构单元，可以使其在光或者热刺激下发生相转变，引发宏观形状变化。通过一步或两步的取向方法可以对液晶高分子中液晶基元的取向方向进行调控，实现材料的变形编程。液晶高分子形态上的变化在仿生软机器人、微流控、柔性执行器、结构色和防伪等领域有潜在的应用价值。本文介绍了液晶高分子主要的取向技术和开发出的基于形状变化的器件功能，并展望了液晶高分子形变材料在高新科技领域的应用前景。

铁电性是电介质具备的一种自发极化状态，普遍发现于对称性较低的晶（固）体材料体系。流体或高流动性软物质材料通常呈现高对称性，因而与铁电性的要求是相违背的。引入强极性或者铁电性是液晶新材料领域备受关注的策略，对开发新型柔性光电器件具有重要意义，在液晶乃至软物质流体材料中一直充满挑战性。相比于传统的液晶和软物质材料，铁电向列相液晶具备多种变革性性质，包括超高介电常数、强非线性光学响应、低电压驱动以及高流动性等，为开发新型先进的柔性光学和电学器件提供了新的可能性。本文介绍了铁电向列相液晶的发展历史，重点阐述了铁电向列相液晶与分子结构之间的关系、物理拓扑结构及特征物性，总结并展望了铁电向列相液晶的未来应用前景，尤其是在新型存储设备、柔性高端光电子器件、非线性光学等领域具有巨大潜力。

从海洋到天空，从物理到生物系统，孤子无处不在并且在各式各样的非线性系统中被观测到。液晶作为一种典型的非线性材料，除了被广泛应用于显示器领域，还经常被作为对孤子研究的理想材料。由于其在基础物理科学以及各种应用领域中的潜在价值，液晶孤子在近些年受到了越来越多的关注。本文介绍了近年来耗散型液晶孤子（指向子）最新的实验研究进展，重点介绍了其在非手性和手性向列相液晶中开展的指向子的实验研究进展。新型的耗散型液晶孤子（即指向子）具有复杂多样的非线性动态行为，将在光学和微流控领域产生潜在应用。