全息三维显示能够真实地还原物体的位相和强度信息,从而可以完整地再现物光光场,因此被认为是最理想的人类终极三维显示方式。一直以来,关于全息显示的技术层出不穷,特别是从1960年激光问世以后,全息技术迅猛发展,到目前为止已经相当成熟,并在众多领域得到应用。在很多的科幻电影中,科学家无数次地描绘着未来全息显示器的梦幻效果—360°全方位可视、全彩色、大面积、实时动态等。但是,全息术到现在经历了近80年的发展,仍没有进入到大众的生活中,一直停留在科幻电影的未来世界里。其中一个很重要的限制就是目前绝大部分的全息显示都还只停留在静态的再现图像,对比于目前已经普及的液晶平板显示、OLED显示,人们更期望能看到动态的全息三维显示。因此,本论文从“如何实现动态显示”出发,主要研究基于掺杂液晶的动态全息显示。本文的创新主要体现在首次在掺杂液晶中实现了达到视频响应的全息动态实时显示,并通过研究偶氮、量子点掺杂液晶的特性和改进器件结构实现了高衍射效率、高光折变灵敏度、快的响应速度的全息动态实时显示。本论文的主要工作包含以下三个方面:1.基于掺杂偶氮液晶的实时动态全息显示1)研究了掺杂偶氮DR1液晶中光栅的动态响应行为,掺杂DR1液晶中的光学非线性源于光场激发的偶氮分子与液晶之间的相互作用,其光折变响应取决于偶氮分子发生顺反异构的程度对液晶有序度和取向的改变大小,与材料本身的浓度、外部实验光路设置有关,实验中在一定的实验配置下得到的最快响应时间可以达到1.3 ms,完全可以满足实时动态响应25 Hz视频再现需求;液晶中光栅的建立过程是光致异构和热效应共同作用的结果,光栅的衰减是液晶在弹性力的作用下重新回到初始排列的过程,在长的记录时间（秒量级）下,在液晶盒的界面会形成电荷陷阱,产生永久性的光栅。2)偶氮DR1分子强的各向异性吸收特性,使器件的性能受控于外部环境温度的变化,长时间记录激光能量对样品的照射会导致器件内部的温度成线性的增长,此时所形成的光栅除了光致异构引起的液晶偏转引起的各向异性光栅,还有由于热致非线性引起的浓度光栅、密度光栅等各向同性光栅,其响应速度随着温度的升高在变快;温度和能量的增大会影响偶氮DR1分子的光致异构转换效率和热效应的大小,能量的增加会引起材料的光折变阈值的降低,并且对液晶各个物理参数的改变使得再现衍射图像的亮度在不断变化,当达到液晶的清亮点时,光照的热积累会破坏图像,衍射强度会因为液晶在清亮点附近的不稳定表现为突然地增强然后变为很弱的光斑。3)利用掺杂偶氮DR1液晶作为实现动态显示的全息材料,实现了25 Hz刷新频率的衍射动态图像的再现。彩色全息图的合成需要红、绿、蓝三色图像的叠加,实验中我们采用角度复用的方法在样品中记录了三个动态光栅,获得了红、绿、蓝三色的衍射动态视频,再现图像之间没有串扰、播放连续。由于偶氮分子在液晶中的溶解度和激光能量的热积累,三色图像的衍射效率不高,其合成图像质量和灰阶还原度受到限制。2.基于掺杂量子点液晶的高衍射效率动态全息显示1)研究了掺杂量子点ZnS/InP液晶中的全息光栅的光折变特性,相比于掺杂偶氮液晶,掺杂量子点液晶表现出了更好的光折变特性;由于量子点大的比表面积,界面处的液晶分子的排列会受到影响,量子点掺杂浓度的不同会导致了其整体的有序度不同,因而相变温度会发生变化,同时随着浓度的增加,器件的光折变阈值电压在变大;实验中,其衍射效率最高可达到30%,比掺杂偶氮液晶提高了近100倍,光栅的建立时间在10 ms以内,完全可以满足实时动态显示的要求;通过详细研究掺杂量子点液晶中的响应时间和衍射效率跟其实验配置和外加电压的关系,发现掺杂量子点液晶中的光栅形成是源于取向光折变效应。2)研究了环境温度和激光记录能量对掺杂量子点液晶的光折变特性的影响。掺杂量子点液晶中光栅的形成来源于光激发产生的空间电荷场对液晶的周期性转动引起的折射率调制,温度和激光能量的升高会增大器件的光生电荷的能力,因此会影响器件的光折变响应特性。实验中发现,随着温度的升高器件的光电导能力在增大,同时温度也降低了液晶的粘滞系数,因此器件的响应速度加快,在大的周期（19μm）时就可以达到3.4 ms的响应时间。激光能量的增大增加了其表面电荷场的调制幅度,从而导致了光折变阈值电压的减小,实验结果显示其衍射效率对于电压的变化更加敏感,其最高的衍射强度峰值左移,响应速度由于电导率的增大变得更快。3)掺杂量子点液晶中的动态显示。采用振幅型的空间光调制器给样品加载60 Hz的动态视频,得到了60 Hz的动态衍射视频,其亮度比掺杂偶氮液晶的图像明显提高,再现画面播放连续,但是由于掺杂量子点液晶在电压作用下的动态散射效应,导致液晶分子排列不稳定,图像的背景噪声很严重。为了减小噪声,可以在更高的电压下使分子取向均匀,可以有效抑制背景噪声,但是其亮度会有所下降。3.ZnSe-掺杂量子点InP/ZnS液晶的高光折变灵敏度动态全息显示1)利用ZnSe作为液晶盒基片,结合掺杂ZnS/InP液晶实现了高光折变灵敏度的全息动态显示器件。研究了基于ZnSe-掺杂量子点InP/ZnS液晶的器件的物理特性,发现加了半导体膜层ZnSe的掺杂量子点液晶的电导率的变化跟入射激光能量呈非线性的关系,并且对于弱光（90 n W-20μW）的光电导率变化明显,继续增大时,趋于稳定,器件的这种光电导特性决定了其光折变响应特性的变化规律。2)研究了基于ZnSe-掺杂量子点InP/ZnS液晶器件的光折变特性。采用两者结合的器件在总光强不到1 m W/cm2的条件下其衍射效率可以达到12%,响应时间在6 ms左右,非线性折射系数n2为2.1 cm2/W,光折变灵敏度可以达到2.2 cm3/J,比之前的单纯掺杂量子点的器件提高了近200倍,是我们已知的掺杂液晶中最好的结果。3)利用ZnSe-掺杂量子点InP/ZnS液晶器件实现低功耗、高图像质量的动态显示。再现图像灰阶的还原度取决于物光平面上不同灰度信息强度的光的衍射强弱的差值大小,材料对于记录光越敏感其灰度还原度越高。最终实现了高对比度和多灰阶衍射图像的再现,并得到了红、绿、蓝三色的25 Hz的衍射图像,优化后的器件在图像的对比度、灰度还原度、信噪比方面得到大大地提高。4)为了验证图像对于三维信息的再现能力,我们给器件加载了具有一定深度信息的计算全息图,最终在掺杂液晶中实现了红、绿、蓝三色的三维信息重现。