光场调控对发挥光子作为信息和能量载体的独特优势至关重要。对于光场可以进行有效的空域调控,尤其重要的是对于光场相位和偏振状态两种主要属性的调控,进而建立一个具有神秘性质的新型空间结构光场,为我们在操控光传递行为时的应用提供了一条新的思路。液晶的光学各向异性、高透过率及可以实现复杂的结构等性质使它在光学器件中得到广泛应用。由于液晶器件的制造工艺能够集洁净度、简洁性、通用性、廉价性和易用性为一体,推动液晶光学器件的研究能够将光场调控应用到更深层次,而液晶的相位可集成性及电控可协调性大大拓宽了液晶器件在光场调控领域中的应用。本文将光取向技术与液晶器件相结合,研究液晶光场调控器件的设计、制备及功能拓展。取得的主要创新如下。1.在传统盖斯贝格-撒克斯通（G-S）算法基础上,提出了基于液晶光学器件偏振相位的同步可调性的新型迭代G-S算法,将此算法应用于靶面光强均匀性优化,得到了相较于传统光束匀滑技术更优的均匀远场焦斑。进一步,利用液晶的光控取向技术对这种基于液晶的光束匀滑技术的可行性进行了初步实验验证。本研究可适用于不同类别的偏振相位光学元件的设计,在空间光束整形等领域有重要潜在应用。2.从理论上提出了广义的PB相位（几何相位）干涉理论,基于同轴光路中多片液晶器件叠加可以实现不同旋性圆偏振光的PB相位的空间调制,利用此两束不同相位分布的圆偏振光进行干涉,可以实现复杂液晶结构的相位器件的结构化取向。这种单次曝光的方式比传统的制备方法成本更为廉价,操作方法更加简便,且具有高重复性。该方法对液晶光场调控器件未来的规模化生产具有重要的参考价值。3.从器件的多功能集成、电控动态可调、工作带宽扩展三个方面研究了液晶光场调控器件的功能拓展应用。基于液晶器件的相位可集成性,提出并制备了一种集成线性梯度相位和透镜相位两种相位功能的器件,这种器件可以实现三维空间可分离焦点的透镜效果,通过与传统透镜集成,可以实现透镜系统的焦距在三维空间中可调节;提出利用电控液晶偏振片（q板）和波片产生混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的方法,并对其进行了理论及实验验证;衍射型器件对于相位调控一般都限制在单波长或者比较窄的工作带宽中,为了拓展液晶光场调控器件的广谱适用性,提出了一种新型的光学系统,通过组合液晶光场调控器件和液晶偏振光栅,可以实现广谱的纯相位调控。同时,通过结合电控的液晶器件,可以实现对强度的独立调控。本论文所提出的改进的偏振相位同步迭代G-S算法为液晶等微纳光场调控器件的基础设计提供了算法基础;广义PB相位干涉的制备工艺大大简化了液晶结构化器件的生产步骤,有望节约生产成本;基于液晶光场调控器件的相位可集成性、电控可协调性、广谱适用性等功能的拓展应用,为液晶光场调控器件拓宽了应用领域。上述工作都为结构化液晶器件未来的批量化、工业化、规模化生产以及应用提供了极为重要的参考价值。