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全息聚合物分散液晶（Holographic polymer-dispersed liquid crystal,H-PDLC）光栅是通过预聚物单体的光聚合反应而形成的液晶和聚合物折射率周期性变化结构。如果在光栅形成之前将少量的纳米银颗粒混合到材料中,可以改善全息光栅的衍射和电控特性。该光栅制作简单、效率高、广泛用于制作光开光、变焦透镜、有机激光器、光子晶体器件等。此外还可以应用于显示器件,例如,可以用于设计制作立体显示图像分束器件,实现液晶屏上奇偶像素分开且分别传输到观察者的左右眼,具有高亮度和对比度且可实现2D/3D切换等优点。但是,基于全息光栅的立体显示图像分束有两个问题需要解决,第一是RGB全彩色图像分束的实现,现有报道中的制作方法较复杂,对光路的精确度要求很高,容易出现误差;第二是观察者只能在小范围指定区域内接收到奇偶像素,感受到立体图像,这就限制了该技术的实际应用。针对以上问题,本论文进行了以下几方面的研究工作。首先对纳米银掺杂的H-PDLC光栅改善机理进行了深入研究。在PDLC材料中掺杂等量浓度和尺寸的纳米银和纳米金颗粒,分别制备并对比了两类H-PDLC光栅衍射和电控特性。实验结果表明二者掺杂都可以在一定程度上改善H-PDLC光栅特性,比如光栅相分离结构更加清晰平滑,光栅衍射效率增加了近30%,并且纳米银的改善效果优于纳米金。从Mie理论分析了两种纳米颗粒在PDLC材料中的局域表面等离子体共振（Localized surface plasmon resonance,LSPR）峰值,分别为530 nm和581 nm,前者距离光栅记录光源波长532 nm非常接近,可以证明在光栅的记录过程中,纳米银颗粒发生的LSPR现象增加了光与物质的相互作用,从而改善了液晶和预聚物单体的相分离结构。此外,纳米银掺杂PDLC材料同样可以用于制备H-PDLC反射光栅,并且实验证明了反射光栅具有较好的衍射和电控特性,其折射率调制度约为4.8×10-3,可以用来设计四光栅级联的动态增益均衡器,理论上使得增益平坦度由3.3 dB下降到0.23 dB。针对H-PDLC光栅的单波长敏感特性问题,通过等浓度的两种光引发剂和协引发剂体系的混合,即Rose Bengal和N-phenylglycine以及Methylene Blue和P-toluenesulfonic acid,使混合后的PDLC材料同时可以在632.8 nm、532 nm和441.6nm三个波长的激光下发生光聚合反应,形成H-PDLC光栅,三种情况下光栅所需曝光时间分别约为20 min、2 min和20 min,其一级衍射效率分别约为57%、75%和33%,提高632.8 nm和441.6 nm激光器的出射激光强度可以进一步减少曝光时间,提高光栅的衍射效率。在传统的双光束干涉全息光路的一束光路中插入一个柱透镜,利用平面波和柱面波的干涉,形成了变间距的干涉条纹。将纳米银掺杂的PDLC材料置于该全息光场中制备了一维变周期的H-PDLC光栅,在20 mm的光栅上实现了500 nm的周期变化,光栅实际周期与理论周期匹配,并且周期的变化范围和中心周期值分别可以通过改变柱透镜与全息记录面距离以及两束干涉光中心夹角来实现。此外通过竖直和水平方向的二次曝光实现了二维变周期H-PDLC光栅,实验优化了两次曝光时间,实验结果表明2 s/60 s的曝光时间下能够得到较为清晰的液晶和聚合物相分离结构。二维光栅的周期变化在对角线上呈现对称的正方形格子,在对角线以外区域呈现非对称的长方形格子。基于三色激发的H-PDLC光栅设计了全彩色RGB立体显示图像分束器件,借助三色激发光栅的多波长敏感性,在不改变曝光角度的情况下仅通过切换曝光光源实现了RGB三色光对三种子光栅无衍射角度偏移的左右眼图像分束和再现。并且R子光栅左右眼对比度分别为75%和86.4%,G子光栅分别为65.9%和83.3%,B子光栅分别为65.2%和82.9%,整个分束光栅图像对比度均在65%以上。利用变周期的一维H-PDLC光栅设计了人眼观察位置可移动的立体显示图像分束光栅,由于该光栅具有变化的周期,因此携带奇偶像素信息的入射光通过光栅以后,其衍射角度呈连续变化,衍射光斑在一定范围内得到拓宽,因此观察者可以左右移动位置来接收左右眼图像信息,感受到立体视觉。本论文分析了纳米银掺杂改善H-PDLC光栅特性的物理原因,并且制备了纳米银掺杂的三色激发H-PDLC光栅以及变周期一维和二维H-PDLC光栅,利用两种光栅的独特特性,分别设计了两种立体显示图像分束器件,实验初步证明了图像分束的可行性,为该器件的实用化打下了坚实基础。