体全息光栅（Volume Holographic Grating,VHG）因具有衍射效率高、制备简单、噪声低、分辨率高等优点已经被广泛用于波导显示、移动导航等领域。近年来,随着我国在科技军事等方面的高速发展,对头盔显示器、AR等显示系统的各项指标提出了更高的要求。其中VHG作为整个显示系统最核心的光学元件,具有体积小、重量轻等优点,可以实现入射光线的耦入和耦出功能,结合体全息光栅的衍射特性和波导内部的全反射特性,可在平板波导显示系统中得到高质量、大出瞳的图像输出。为了解决平板波导传输过程中衍射效率较低的问题,本文从提高VHG衍射效率出发,分别开展了理论计算、仿真模拟及样片制备的研究,这对于进一步拓展全息光学元件的应用范围具备重要的意义。首先从平板波导显示系统体全息光栅的原理进行展开,对具备衍射特性的光栅结构进行理论分析与计算。简单阐述了 VHG的记录与再现过程、Kogelnik耦合波理论,然后利用Matlab分别计算得到了反射型、透射型体全息光栅元件的衍射特性影响因素,结果表明折射率调制度Δn和光栅厚度d是决定体全息光栅衍射效率的重要性因素。分析可知,透射型体全息光栅在一定膜层厚度内衍射效率呈正弦型曲线,存在波峰、波谷值,反射型呈类似对数型曲线,当光栅厚度达到一定值时衍射效率达到100%且此时不再变化,因此反射型体全息光栅更易制备、且实际应用范围更广。其次通过时域有限差分法设计了可在平板波导显示系统中实现光束耦入/耦出的反射型体全息光栅,分别分析了不同高度、折射率调制度、周期变化对其一级衍射效率的影响。结果表明,引入具备折射率调制的反射型体全息光栅,通过不断优化其结构参数可使衍射效率不断提高,从而提升平板波导显示系统中物信息的传输效率,此模拟计算方法也为后期反射型体全息光栅的制备提供了一定的指导。在理论设计和仿真优化的前提下,最后本文采用了感光性能好、分辨率高的重铬酸盐明胶（Dichromated Gelatin,DCG）作为全息记录介质,制备了具有折射率调制度的反射型体全息光栅。根据实验条件搭建了记录波长为442nm的非对称反射式全息曝光光路,对经曝光、后处理工艺后得到的实验样片的衍射效率进行测量。分析结果表明,通过控制DCG全息干板的制备、记录条件、曝光时间以及水洗、脱水等后处理工艺,可得到衍射性能接近理论设计的反射式VHG。采用分光光度计测量了-1级衍射光强和入射光强,在再现波长为632.8nm时衍射效率最高可达到61.8%,且验证结果表明制备的反射式体全息光栅可在平板波导内传输,该工艺为显示系统全息光学元件的制备提供了实际指导。