偶氮材料作为一种光致异构材料,有着较强的偏振敏感性。由于其独特的光学性质,偶氮材料在光学领域吸引了很多研究人员的关注。偶氮液晶聚合物为偶氮高分子材料,具有较强的稳定性,所以偶氮液晶聚合物可以作为制作偏振光栅的基底材料。根据记录光偏振态的不同,所形成的偏振光栅衍射特性也不同。偏振光栅在各个领域有着广泛的应用,通过融合此类偏振全息元件,可以设计出更为高效的系统。本论文第二章中我们基于偏振光栅提出了新的裸眼3D方案。该光学系统由带透明电极层的扭曲向列相液晶盒、四分之一波片和偏振光栅组成。通过控制是否在扭曲向列相液晶盒的电极层上加电压来控制液晶层中是否存在电场,从而进一步控制光通过液晶层后的偏振态变化。最后当光入射到偏振光栅上时会根据入射光偏振态的不同有不同的衍射方向。该光学系统利用了偏振光栅的偏振选择性,可以在保证图像清晰度的前提下提供给观看者高质量的三维视觉体验。在本文中我们搭建了系统的简化模型,验证了其基本工作原理。我们还讨论了多视点的解决方案,并从理论上探讨了其可行性。在下一步的工作中,将给出该系统的原型和具体的实验结果。在第三章中,我们以正交线偏振光干涉记录的偏振光栅和正交圆偏振光干涉记录的偏振光栅为核心元件,结合他们的衍射特性设计了一个全光逻辑序列发生器,该逻辑序列发生器为1X4的输入输出结构,根据入射端光信号偏振态的不同,会产生不同的输出。它可以产生四种逻辑序列输出信号:1000、0100、0010和0001,对应于四种不同偏振态的输入光信号:P-线偏态、S-线偏态、左旋圆偏态和右旋圆偏态。该结构为新的光通信或者光计算系统研究提供了思路。第四章中我们将偏振光栅用于光线偏转器以及光波导耦合输入结构中,提出了新的增强现实显示系统。该光学系统主要包括光线偏转器、耦合输入光栅、光波导层和耦合输出光栅。与其他AR方案相比,该AR光学系统不仅将微型投影光源的数目从两个减少到一个,而且在其耦合输入结构中,利用偏振光栅的单级衍射特性,提高了光线耦合进入光波导的效率,降低了能量损失。光线偏转器基于偏振光栅的偏振选择性和扭曲向列相液晶层的旋光特性来实现光束偏转。我们对该光学系统的工作原理进行了实验和理论论证,确保了其在实际应用中的可行性。