硅基液晶(LCOS)是最适合用于全息视频显示的空间光调制器之一，但是受限于小衍射角和低分辨率的特性，当前市场上的LCOS并不完全适用。近年来出现的超常表面(例如，间隙表面等离子体激元)具有独特的特性，提供了一种新的对光传播进行控制的方法。文中采用数值方法研究了在LCOS中插入超常表面结构，旨在解决小衍射角和低分辨率的问题。为了实用化，使用铝作为金属层、三氧化二铝层作为电介质层，生成GSP结构。首先，研究了铝在可见光频率的光学特性以及相应的法布里珀罗共振子模型。然后将初始GSP结构插入到LCOS中,得到液晶中的电场分布，进一步观察液晶中指向矢分布的变化。数值模拟的结果表明，所提出的结构对远场衍射光具有一定的影响，并且全息显示的视场角也发生一些改变。因此，这里提出的在LCOS装置中插入GSP的方案在技术上是可行的。

研究了纯相位菲涅尔计算全息图的制作方法，给出了一种生成纯相位菲涅尔计算全息图的算法.首先研究了菲涅尔衍射的数值模拟算法，分析了两种数值模拟算法的计算速度.将计算速度较快的菲涅尔衍射数值模拟算法和迭代算法相结合，并引入比例反馈，得到纯相位菲涅尔计算全息图的反馈迭代算法.其次，对比例反馈系数的选取进行了实验研究，得到其最优经验值范围，然后进行了仿真实验.仿真结果表明，该算法降低了重构误差，提高了全息图重构质量.最后基于新型空间光调制器反射型硅基液晶，建立了全息显示光电实验系统，对该算法进行了验证.

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法，采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜，将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合；其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法；最后，讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明：在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400 mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像；通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.

彩色全息显示是全息视频显示技术发展的重要目标。概述了基于空间光调制器实现彩色全息显示的方法与系统构建问题。首先，介绍了彩色全息显示中三个单色全息像叠加生成彩色全息再现像的基本原理。分析了全息图生成的方法，比较了光全息图、数字全息图、计算机生成全息图的不同。其次，讨论了彩色全息显示系统构建时空间光调制器的选择以及多波长照明下的相位调制特性问题。在实际系统中，红、绿、蓝三色激光或者发光二极管都可以用作系统照明光源。然后，描述了基于时分复用、空间复用、空间划分、空间叠加方法构建的彩色全息显示系统架构，指出彩色全息重构结果受到空间光调制器像素结构和色差等问题的影响。最后，展望了彩色全息显示技术的发展方向。

彩色全息显示是全息显示的一个重要研究目标。研究了使用RGB三色激光的彩色全息显示技术，提出基于空分复用的彩色全息显示方法。全息光电再现像的成像区域大小和成像区域中心位置依赖于RGB三色激光的波长，通过调节RGB三色分量原图大小以及加载数字闪耀光栅实现RGB三色再现图像分量区域大小和成像中心的重合。基于空分复用的方法建立了彩色全息显示系统，最终的彩色全息显示系统利用空间光调制器加载计算生成的24 bit全息图再现彩色图像。实验结果验证了该方法的可行性。

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时，再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上，提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图，其次通过叠加会聚球面波相位，分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置，再利用光阑和高通滤波器的共同作用，消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响，最后引入成像透镜，调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明，最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。

数字微镜器件(DMD)是一种反射式空间光调制器,对其全息显示特性的充分研究有利于采用恰当的方法进行全息编码,为充满应用前景的全息三维显示打下基础。从DMD的微观结构入手采用灰度调制理论与菲涅耳衍射理论探讨了DMD进行全息显示的机理。阐述了DMD对全息图的调制机理与衍射原理,正确地解释了DMD全息显示的机制,并根据DMD的结构特点对所生成的全息图在制作过程中进行了相位补偿。

为了降低分数傅里叶全息图制作的复杂性,根据信号的分数傅里叶变换的定义式和菲涅耳衍射公式,通过求解它们的点扩展函数(PSF),推导出分数傅里叶变换与菲涅耳衍射公式的等价关系,从而把分数傅里叶变换转化为菲涅耳衍射。采用人眼分辨率极限尺寸和数字微镜器件(DMD)像素的尺寸分别对物体所在平面和全息图所在平面进行抽样,运用分块算法生成分数傅里叶全息图,使计算复杂度降低为O[N2lb(N2/M2)],提出了一种可行的动态全息显示方法,最后通过DMD全息显示系统对该算法生成的全息图进行实验验证。