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全息技术是理论上最完美的三维显示技术,它通过记录和再现物光场的位相和振幅,产生好似来自于自然场景般栩栩如生的3D视觉。如何实现动态乃至实时的全息三维显示,并使得全息显示真正满足实际应用中大尺寸、大视场、高像质、高分辨和高刷新率的要求,仍然是目前需要解决的问题。同时,近年来,以增强现实(AR)技术为代表的近眼显示兴起,给全息三维显示带来了新的应用场景。相比于桌面式显示,AR等近眼显示对全息光调制器件的要求大为降低,使得近眼式全息显示更容易步入实际的应用。但是近眼式显示一般是头戴式的,也给全息显示提出了轻便小巧的新要求。本文针对以上问题,对裸眼和近眼式的全息三维显示的一些关键技术,包括算法、光调制器、光学系统等进行了研究,主要工作包括:1.研究了计算机制全息图的计算算法,特别是用于相位型全息图迭代型算法。为提高全息再现图像的像质,提出了两种改进的迭代算法,分别是匀称GS算法和动态补偿GS算法。(1)匀称GS算法在迭代的振幅约束过程中,引入加权因子,可以消除黑白图片的全息再现时的图像失真。(2)动态补偿GS算法针对多平面物体,在匀称GS算法的基础上做了进一步改进,根据各个平面的像质高低,对引入的加权因子进行动态调节,可以消除各个平面的像质失衡,提高平均像质。2.研究了基于掺杂液晶光寻址光调制器的全息三维显示。目前的电寻址光调制器件因为像素电极的加工工艺限制,存在尺寸小和分辨率低的问题,而光寻址光调制器可以一定程度上绕开这些问题。(1)研究了掺杂液晶的全息光栅机理,对掺杂液晶全息光栅的记录条件进行了优化,实现了8.46 ms的光学响应时间。(2)研究了高帧频全息显示系统,实现了高刷新率的彩色全息再现。(3)研究了掺杂液晶的光学非线性,采用了非线性干涉法对其三阶光学非线性进行了测量。3.研究了近眼式全息三维显示,主要是AR系统中的全息显示。为了减小全息显示系统体积和重量,使其更好的应用于头戴式AR系统中,提出了采用全息光学元件(HOE)来取代传统的光学元件和子系统,实现紧凑小巧的全息AR显示。(1)设计了消零级的全息AR波导显示器,通过在衍射波导AR的两个HOE中分别增加透镜功能和分离孔,实现了零级滤波功能,无需传统体积较大的4f零级滤波系统,从而精简了全息显示系统。(2)设计了可以实现准直扩束的全息AR显示器,仅仅通过两片HOE,即可实现准直扩束、AR虚实融合和目镜放大功能。