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制备液晶/聚合物光栅是将向列相液晶与光敏单体的混合体系置于双光束干涉场下曝光，光敏单体在干涉光的作用下形成聚合物，并与液晶产生光致相分离，最终形成液晶层和聚合物层周期交替排列的光栅结构。这种光栅体积小、质量轻、一级衍射效率高，而且可以利用电场进行调谐，因此在光通讯、集成光学、高密度信息存储、激光技术等领域展示出广阔的应用前景。
但是由于相分离过程中复杂的物理化学过程，使人为控制该过程变得非常困难，引起体系单体转化率低，光栅相分离不彻底，最后导致光栅衍射效率低，驱动电压高，结构稳定性差，严重制约了该器件的大范围应用。为了从根本上解决上述问题，本论文从影响相分离的微观物理机理出发，分析了导致相分离不彻底的原因，并从分子结构、反应机理以及器件结构三方面，逐步进行了提高结构稳定性，完善相分离，降低驱动电压，提高光栅衍射特性的研究。
首先为了提高液晶/聚合物光栅的结构稳定性，进行了相分离过程中单体的光聚合反应效率的研究，发现光反应效率与光引发剂在初始混合物体系中的溶解能力有关，溶解能力越强光反应效率越高。经研究提出了对光引发剂RB溶解能力较强的含苯环结构的刚性体系作为制备光栅的母体，发现KB在该体系中的溶解程度约为在柔性丙烯酸酯体系内的1.6倍。由此改进使单体双键转化率获得从45％提高至69％的大幅提高，光栅的热稳定性从75℃提高到185℃，时间稳定性从原来的4-6周大大延长，截至论文撰稿时，已监测到16周仍然没有任何变化。
为了进一步改善相分离效果并降低光栅驱动电压，利用分子动力学研究了含氟表面活性剂对促进相分离、降低界面锚定能的作用。结果表明：含氟表面活性剂具有较强的扩散能力，能够促进液晶/聚合物之间的相分离。据此提出分子内含有氟碳主链的表面活性剂分子结构。模拟结果还发现，氟碳主链越长对降低锚定能的作用越明显，很可能会大大降低光栅驱动电压。实验中选择了一种长氟碳主链表面活性剂添加入制备材料中，结果光栅驱动电压从两年前文献报道的7.5V/μm下降到3V/μm；饱和电压从16V/μm下降至7.5V/μm。使这一关键指标达到国际领先水平。
在良好的相分离光栅基础上，探讨了降低液晶/聚合物光栅散射损失的方法。经过理论分析得出导致20％散射损失的关键问题在于光栅内液晶畴取向不一致，为此提出对基板表面取向处理以使液晶层一致取向的物理思路，制备了带有表面取向膜的液晶/聚合物光栅，实测散射损失完全被消除，光栅的衍射效率从76％大幅度提高至99％，几乎与理论值相当，刷新了衍射效率98％的文献报道记录。
最后设计了液晶/聚合物光栅叠加TN液晶盒的器件结构，可以电调节TN液晶盒的旋光角来控制入射到光栅的光偏振方向，实现了5V以下低电压驱动的液晶/聚合物光栅对出射强度的调谐功能，该器件对比度高达245，全面达到实用化指标。此外，将液晶/聚合物一维光栅加以扩展，采用单次曝光工艺获得了双重复合式液晶/聚合物光栅，并实现了双重可擦除图像的全息记录。
本论文从分子尺度的物理机理和分子结构角度研究了液晶/聚合物光栅制备过程中的相分离问题，在光引发剂溶解度提高突破光栅的稳定性问题、设计表面活性剂分子结构降低光栅驱动电压、引入取向处理消除光散射损失方面做出了原创性工作，使液晶/聚合物光栅的实用化为期不远。论文中所得出的学术结论也为该项研究的进一步发展提供了理论和实验依据。