三维显示技术越来越接近人们的生活，例如3D电影已经成为了人们日常生活的一部分。然而目前所有的3D电影都需要3D眼镜才能让人们观察到三维立体图像，裸眼三维显示是三维显示技术未来发展的方向。目前常见的三维显示技术包括基于障栅和柱透镜阵列的三维显示技术；基于时空复用技术的三维显示技术；基于微透镜阵列的三维显示技术；基于衍射光学的三维显示技术等。本文基于衍射光学的三维显示技术，结合激光投影显示系统进行试验探究。　　本论文采用激光投影显示系统实现多视角混合图像照明，通过像素式纳米结构光场屏幕实现出射光场角度调制，将图像分离至相应视角，最终实现多视角裸眼3D显示。本论文基于衍射光学的裸眼3D显示与激光投影显示的融合新方法，研究基于纳米结构光场屏幕的裸眼3D激光显示新机理。其潜在的优越性和先进性表现在：可实现全视差显示；融合激光照明，色彩效果佳；结合拼接技术可能实现超大屏幕裸眼3D显示；结合投影方式，使曲面3D显示成为可能。　　本文对纳米光栅的聚光效果进行了探究。在已知入射光方向以及需求的出射光方向时，所透过光栅的光栅周期及取向角可以被计算得到。对比了由平行光入射与中短焦距光源获得出射光焦深的不同。探究了在已经设定好激光投影系统到屏幕距离时，实际激光投影系统摆放位置的不同对纳米光栅聚光效果的影响，并分析了实际摆放位置偏差对实验观看效果的的影响。　　本文首先对纳米结构光场屏幕进行了设计及制备。建立纳米结构光场屏幕与光源点及汇聚视点相对位置模型，编写计算纳米结构光场屏幕各光栅点光栅周期及取向角数值计算程序。将屏幕各点光栅参数计算完成后利用苏大维格的NanoCrystal机器，通过一系列流程完成纳米结构光场屏幕的制备。实验选用了Optoma奥图码ZH33激光投影系统，是基于蓝色激光光源和激发荧光转轮的单片式DLP激光投影系统。通过对投影幅面大小的测量以及对其出射光光谱的分析，得到纳米结构光场屏幕各点光栅参数计算中参数的限制条件。选取合适的实验条件并将屏幕各点光栅参数计算完成后利用变空频纳米光刻技术完成纳米结构光场屏幕的制备。　　在系统搭建和原理验证实验方面，进行了对纳米结构光场屏幕与激光投影系统相对位置的对准工作。采用固定激光投影系统位置而移动屏幕位置的方式，屏幕位置的平移及旋转由一个六维度的移动台控制分别控制其在x、y、z轴方向上的平移及旋转。在纳米结构光场屏幕上搭建了4个微型显微镜，用以监控和校准投影图像像素分布，以及与纳米结构光场屏幕的匹配情况。实验方面，验证了计算算法和纳米光场屏幕制备技术的可行性。结合4视角投影混合图像，得到视场角为8°的激光投影3D显示样机。测量得到，单个会聚视点在水平和垂直方向的FWHM值分别为0.5°和1.3°，与理论结果相符。显示幅面大小为30mm×33mm，单个像素大小为165μm×37μm，单视角图像分辨率为44×48。针对制作较大幅面的纳米结构光场屏幕时遇到的图像不完整问题，提出由单像素对应多个视角位置不同的光栅，利用这种单像素对应多个不同的光栅的方式，通过幅面大小为80mm×50mm的屏幕可观察到连续、完整的图像，可视范围较大。针对制作较大幅面的纳米结构光场屏幕时遇到的图像不完整问题，提出由单像素对应多个视角位置不同的光栅。实验结果初步验证了纳米结构光场屏幕的3D激光激光投影系统理的可行性，对今后工作具有指导意义。