全息被认为是最接近自然的三维显示技术,高性能空间光调制器是实现全息显示的关键器件。传统的液晶空间光调制器通过光的传播相进行相位调制,一方面液晶层的厚度至少需要等价于一块全波片,较厚的液晶层限制了其像素尺寸和调制速度,另一方面无法进行复振幅调制。这使得基于传统的空间光调制器,难以实现大视场角、高清晰度的全息显示。几何相是光在各向异性介质中传播时偏振态变化产生的相位延迟。与传统的传播相位不同,几何相位调制量大小与入射光波长和介质的厚度无关,与振幅调制量的大小也无关。因此,基于几何相位调制原理有望实现更薄、更小、更快以及能够进行复振幅调制的光调制单元,大幅提升液晶空间光调制器的光调制能力,推进全息技术向大视场角、高清晰度发展。本文围绕几何相空间光调制机理与结构展开了如下工作:1.针对现有几何相液晶空间光调制器需要两层驱动电极进行驱动的研究现状,本文提出了一种反射型的几何相位液晶调制结构,将几何相位调制量由液晶指向矢旋转角度的2倍提高到了4倍,在此基础上通过单层电极就能实现接近全相位的连续调制。同时,建立了有限元与时域有限差分法相结合的多物理场仿真分析方法,实现了对几何相位调制量、相位均匀性等指标的仿真分析。2.设计并搭建了基于激光干涉的几何相位调制量测量光路,通过比较干涉条纹的间隔与移动,测量了反射型液晶光调制结构的几何相位调制量。并在液晶盒上引入了参考区域,消除了测试过程中空气流动、平台晃动等对条纹测量的干扰,大幅提高了测量精度。3.针对液晶空间光调制器无法进行复振幅调制的研究现状,提出了基于蓝相液晶的几何相复振幅调制结构。该结构利用两组相互垂直的墙状电极,在工作区域内形成任意方向和大小的驱动电场,通过电场的方向调制相位,电场的大小调制振幅,实现对光的复振幅调制。通过有限元法计算了该结构各电极施加指定电压时的电场分布,结合时域有限差分法,获得了该结构复振幅调制能力的定量结果,验证了设计思想。结果表明,所提出的反射型几何相位调制结构,通过单层驱动电极实现了范围为0°～320°的几何相位调制。复振幅调制结构的数值仿真表明,通过控制各电极上施加的电压大小,该结构能够对通过工作区域的光束实现振幅在0～99%,相位在0°～360°范围之间的调制。相对于传统的液晶光调制,提出的几何相调制结构有着独特的调制能力,为发展高性能的全息显示空间光调制器提供了新的思路。