衍射波面像差及其远场衍射光场分布是大口径脉冲压缩光栅质量的重要体现。为进一步优化拼接光栅的远场光斑能量分布，提出了一种光栅并列拼接法。模拟了各种不同像差情况下的光栅并列拼接和光栅对准拼接案例，计算了对应波面的远场衍射光斑能量分布。统计结果表明，光栅并列拼接波面峰谷（PV）值比对准拼接波面PV值小。但光栅远场衍射光斑能量分布情况与像差种类、拼接方式均有关系。进行了全息光栅曝光拼接实验，结果表明光栅并列拼接法不仅可以降低光栅-1级衍射波面像差的PV值，也能够提高远场衍射光斑能量集中度，为全息拼接光栅提供了一种新的方法。

全息曝光系统中干涉条纹的稳定性直接影响光栅掩模质量。研究了参考干涉条纹的特性,提出一种光栅相位、倾斜度和周期的检测方法。为提高光栅曝光系统的稳定性,设计了一套全息光栅干涉条纹三维锁定系统。利用摄像机对参考干涉条纹进行检测,利用微电机和压电陶瓷对光路进行微调,可实现对光栅相位、倾斜度和周期的有效控制。实验结果表明,三维锁定系统可有效提高干涉条纹的稳定性,缩短光栅曝光前的静台稳定时间,提高光栅曝光对比度,可为大口径全息光栅曝光质量的提高提供技术支持。

全息光栅拼接参数需要用参考干涉条纹来检测。系统像差会造成干涉条纹扭曲, 产生光栅拼接误差。为补偿像差造成的光栅拼接误差, 对像差与干涉条纹扭曲量之间的理论关系进行了研究, 利用计算机模拟了参考干涉条纹图像, 并将光栅拼接误差预调制到参考干涉条纹图像中。为验证该方法的有效性, 在曝光系统像差峰-峰值为0.72λ的情况下进行了光栅拼接实验, 在光栅拼缝处像差造成-1级衍射波面最大突变量为0.36λ。利用预制参考干涉条纹图像作为拼接参考时, 其最大突变量为0.097λ。实验结果表明, 在曝光系统像差较大的情况下, 干涉条纹预制法能够有效地控制光栅拼接误差。

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统，提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响，用随机波面进行了光栅模拟拼接，计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了（150+150）×200 mm2口径光栅，其拼接均方根误差值为0.034λ，峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1 级衍射波面，计算得到了曝光系统像差，并模拟了拼缝处最小拼接误差，其均方根误差值为0.016λ，峰-峰误差值为0.105λ。结果表明，拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。

为了制作大面积拼接光栅，对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差，确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性，计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响，分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ，该误差接近光栅拼接精度要求，通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明，利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中，要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关，得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出，提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。

脉冲压缩光栅是激光约束核聚变系统中的重要光学元件。随着激光约束核聚变工程的快速发展, 对光栅的口径要求越来越大。全息技术是制造大口径脉冲压缩光栅的重要手段, 其制作的光栅大小受限于记录光学系统口径。为了制造出超大口径的脉冲压缩光栅, 提出了一种采用多次曝光拼接技术制作大口径脉冲压缩光栅的方法。该方法采用参考光栅作为检测元件, 利用其再现的光学特性, 以检测记录干涉光场与已记录光栅之间位相匹配情况, 并利用条纹锁定系统控制记录干涉光场的相位, 实现光学拼接制作大口径脉冲压缩光栅的目的。开展了1740 lp/mm光栅拼接实验研究, 拼接对准精度优于30 nm。

为了研究全息光栅拍摄过程中曝光对比度与干涉条纹漂移均方根值之间的关系和提高大面积光栅拍摄质量，采用莫尔条纹原理和线阵电荷耦合器件照相机系统组成的条纹锁定系统进行了光栅拍摄实验。对莫尔条纹的漂移量进行了实时采集和分析，发现条纹漂移主要由缓慢漂移和频率为3．1Hz的振动合成。得到了条纹漂移均方根值与光栅曝光对比度之间的数值关系，为预测光栅质量是否合格提供了理论参考。结果表明，要提高光栅拍摄质量，必须保证条纹漂移均方根值小于0．05λ。该条纹锁定系统完全可以满足此要求。

将严格耦合波理论与Kogelnik近似理论比较，研究了Kogelnik理论的近似条件。以两种理论的衍射效率特性曲线的相关或衍射效率计算差别作为判断标准，分析Kogelnik耦合波理论的近似条件。分析结论表明，体全息的Kogelnik理论近似条件与条纹密度、折射率调制度和介质厚度相关，其中反射体全息的近似条件还与条纹面倾角相关。