激光显示由于其高亮度、大色域和高能效的优势，被公认为下一代的显示技术，目前已经成为了相关领域的研究热点。随着最近15年来激光显示技术的飞速发展，激光显示设备已经进入了市场化的前期。但是在激光显示中，仍然还有一些科学技术问题亟待解决，比如激光光源的制造工艺、散斑问题、颜色重现和激光光束整形匀场的问题，这些都极大地阻碍了激光显示设备进一步的商品化和市场化。本文就是针对这些激光显示中仍然还存在的科学技术问题所做的探索性研究。　　本论文的主要研究工作有:　　1.理论上研究了基于人眼视觉特性的散斑统计性质。通过引入人眼的几何光学结构，在理论上建立了散斑统计性质与各个成像系统参数之间的联系。结果显示，视觉细胞的大小、投影图像的亮度和投影光源波长都会影响人眼实际感知的散斑对比度。进一步地，利用数值模拟的方法，基于一个简化眼模型对视网膜上的散斑图样进行了模拟。数值模拟的结果显示，一般来说，更大的像差或者更低的光强有助于降低散斑对比度。光源是蓝色或者红色激光时，散斑较弱;绿色激光的散斑较强，此时图像质量也是最低。在理论的基础上，鉴于液晶的色散特性与人眼内介质非常接近，使用一个可变焦的液晶透镜来模拟人眼纪录散斑图样。在这个散斑图样取样系统中，由于液晶透镜与人眼的点扩散函数形状一致，最终仪器的拍摄结果与人眼观察的实际情况非常类似。　　2.提出了两种降低光场空间相干性的方法来抑制散斑:一种是使用积分棒的投影照明光源，另一个使用的是电光晶体。积分棒与前后两片散射片的组合可以用来产生了虚点光源阵列并最终将散斑对比度抑制到了8％。电光晶体在交变电场的作用下对激光光束产生“扫描”效果并最终将散斑对比度抑制到了25％。最后结合这两个方案提出了一套激光显示中的散斑抑制系统，散斑抑制效果已经可以达到实用的要求，值得注意的是，我们设计的系统中没有使用机械振动来破坏系统的稳定性。　　3.基于人眼视觉特性，利用部分相干光理论来对散斑抑制的效果进行分析，研究光场相干性与散斑对比度之间的关系。实验中使用了一种电控聚合物散射片(DEA)来调控光场的空间相干性，并采用一个改进的迈克耳逊干涉仪来测量光场的空间相干性。结果显示通过降低空间相干性来抑制散斑的方案存在瓶颈，所以在此基础上又提出了一种使用交流驱动来扩展激光二极管输出光谱以降低时间相干性的系统，通过同时降低空间相干性与时间相干性，我们设计了一个适用于小型化激光投影设备的部分相干光光源。　　4.对激光显示系统中的三基色激光波长和拍摄系统的响应函数都进行了优化。红光、蓝光波长参考了工业上比较成熟的产品，综合考虑光亮度效率和色域之后，最佳选择分别是638nm（红）和450hm（蓝）。绿光激光二极管由于没有工业上很成熟的产品，所以采用的方法是通过优化拍摄系统的理想响应函数来优化绿光波长，最终的波长优化结果为525nm，同时拍摄系统的理想响应函数的负值区域此时也被优化到最小。实验中使用了定制的干涉型颜色滤光片和单色CMOS传感器来搭建适用于激光显示的拍摄系统，结果显示最终的颜色重现质量远高于目前传统显示的颜色质量，值得注意的是我们没有使用色域映射这种非线性的数据处理手段。　　5.对激光显示技术中的激光安全性问题进行了研究。参考IEC60825-1标准，我们在Class3B安全等级下对激光显示设备的最大输出光功率与亮度进行了计算。结果显示在Class3B安全等级下，激光投影式显示的最大输出光功率和光亮度可以达到15.9W和3275流明，与之相对的是，激光扫描式系统由于存在激光光束直接照射人眼的风险，其最大输出光功率与光亮度为1W和200流明。　　本论文的主要创新点包括:　　1.本文提出了基于人眼视觉特性的散斑统计性质，在人眼视觉模型的基础上研究人眼感知的散斑图样，结果显示人眼观察到的散斑对比度会受像差和亮度的影响，这对于搭建标准的散斑测量系统有重要意义;　　2.本文针对便携式的激光投影显示系统，将散斑的统计性质与部分相干光理论和人眼视觉特性相结合，提出了两个降低空间相干性来降低散斑的方案，避免了机械振动带来的问题。并在自主搭建的标准散斑取样系统上，对空间相干性与散斑对比度之间的关系进行了研究。提出了使用交流驱动扩展激光二极管输出光谱的散斑抑制方案;　　3.本文优化了激光显示系统的三基色波长和拍摄系统的理想响应函数。实验上，激光显示系统的重现色色差平均仅为传统显示方式重现色色差的50％，激光显示的颜色重现质量远高于目前市场上常见的传统显示方式。