全息视频显示是一种真三维显示技术,被认为是替代目前高清电视的未来产品。全息视频显示的核心器件是空间光调制器(SLM),不同于目前的液晶高清电视,它至少需要具备2π的相位调制能力并且像素特征尺寸应该与光波长尺度相当。目前被广泛研究的SLM主要有声光调制器(AOM)、数字微镜装置(DMD)以及硅基液晶(LCOS)。LCOS集成了现代平板显示技术和CMOS技术的优点,被认为是未来全息显示技术中一种可供选择的器件。但是,虽然CMOS技术已经达到亚微米的尺度,目前市场上能够购买到的可用于全息显示的LCOS最小像素尺寸为6.4μm。造成这种问题的原因是：当前的LCOS器件是利用液晶(LC)的光程差来达到2π相位调制的目的,不能随像素尺寸的缩小而减小LC层厚度。如果将目前LCOS像素尺寸直接减小到理论要求的尺寸会明显导致像素尺寸和LC层厚度的比例过小,使得LCOS中相邻像素之间电场相互干扰产生边缘场效应,影响LCOS的相位调制能力并且降低LCOS的衍射效率,无法达到实用的目的。为了突破现有结构的局限,我们探讨使用表面等离子体(SP)技术。SP(或者称为表面等离子激元(SPP))是由金属表面自由电子和光子的相互作用产生的沿着金属—电介质界面传播的电荷密度波,是一种新型的光控制技术,具有近场增强,可调性,在亚波长尺度上对光的调控等优点。SP的物理性质可由麦克斯韦方程和相应的公式来解析描述,也可以通过数值模拟的方法进行计算,具有常规金属或电介质所无法实现的特性。本文基于SP技术提出两种新颖的LCOS结构,期望解决目前基于LCOS的全息视频显示所面临的边缘场效应以及低衍射效率的问题,尝试突破目前LCOS空间光调制器的瓶颈。论文主要包括以下几方面的研究内容和研究成果：1)分析了目前用于全息视频显示的LCOS器件所面临的问题,指出当前用于全息视频显示的LCOS无法满足宽视场需求。2)针对目前LCOS器件的边缘场效应问题,提出基于表面等离子共振(SPR)的LCOS结构模型。在传统的Kretschmann结构模型基础上,利用SP对周围介质敏感的特性,将LC作为调制折射率的电介质,实现对光的调制。数值分析结果表明,基于SPR的LCOS结构可以实现反射光的相位调制,减小使用的LC层厚度,从而减小边缘场效应的影响。3)由于SP具有突破衍射极限的能力,研究了金属—电介质—金属(MDM),即缝隙表面等离子(GSP)的色散特性,提出在LCOS单元结构中引入特异介质表面(metasurface)结构,利用TechWiz LCD仿真工具计算LC分子的指向矢分布情况,使用FDTD Solutions工具对光学性质进行分析。研究结果表明在确定所使用的金属电介质种类及厚度时,由不同金属宽度组成的GSP具有对光的异常散射特性,可以有效地实现对散射光的相位调控,利用亚波长尺度的结构对光场进行调控可以有效地提高全息重构的衍射效率。