衍射成像技术是实现大口径空间望远镜系统的有效途径之一,相较于传统的折反射元件,衍射成像元件因其面密度低、面型公差宽松等特点,可作为衍射望远镜系统中大口径的主镜。随着衍射成像技术的迅速发展,衍射成像主镜口径的扩展已成为重要的发展趋势之一。故本论文围绕扩大衍射成像元件口径这一问题,针对全息透镜这类衍射成像元件,提出了一种全息曝光拼接的方案来增大全息透镜的口径。主要的研究内容如下:1.介绍了空间望远镜的发展趋势以及实现大口径空间望远镜的技术路径,其中衍射成像技术在大口径空间望远镜中具有良好的发展前景,对衍射成像技术的国内外研究现状进行了系统的阐述,针对衍射元件口径的扩展,简述几种制作大口径衍射光学元件的方案。2.对于全息透镜这类衍射成像元件,提出能扩大全息透镜口径的曝光拼接方案,实验中通过偏转光路与旋转基片相结合的方式改变曝光光场高斯光束中心在基片表面的分布位置,经过多次曝光,逐区显影,实现全息透镜口径的增大。理论上分析了曝光拼接方案中的拼接误差对于全息透镜最终成像的影响,得到了符合全息透镜成像要求下的各种拼接误差容限值以及拼接式全息透镜衍射波面均方根误差值。3.针对曝光拼接方案中存在的拼接误差,提出了一种基于参考全息透镜的误差检测方法,利用已显影的参考全息透镜与实时干涉光场形成的莫尔条纹对拼接误差进行判断与调整,通过条纹采集系统与数字图像处理在拼接过程中进行条纹对准,理论上分析拼接误差与莫尔条纹变化之间的关系。由于逐区显影方案中使用参考全息透镜进行条纹对准会引入初相位误差,进行验证性实验获取初相位值并通过调节一束光的相位来弥补初相位误差。4.对全息透镜拼接方案进行实验验证。采用两种曝光光路,一种是两束发散光干涉,另一种是一束平行光与一束发散光干涉来制作全息透镜。在两束发散光干涉的拼接实验中,分析了由于系统像差导致莫尔条纹无法完全对准的问题,并采取相应的措施减小系统像差的干扰。利用干涉仪测量拼接式全息透镜+1级衍射波面,得到全息透镜拼接区域的波面错位均方根误差RMS值。实验结果与模拟结果吻合,表明采用全息曝光拼接方案可行,拼接精度高,为多次曝光制作更大口径的全息透镜提供坚实的理论基础和技术支持。