随着激光技术的快速发展,光栅在脉冲压缩、光谱合束等领域作为核心元器件被广泛地应用在高功率激光系统中。光栅的衍射效率与入射光的偏振态有着紧密的联系,提高光栅能量利用率,开展高空频多层膜偏振无关光栅的研究,为提高合束激光系统的输出功率和简化激光系统结构具有重要的研究意义。本论文开展高空频1480line/mm偏振无关的多层介质膜光栅(MLDG)研究,给出设计方案,进行相应的理论分析计算,具体工作内容如下:(1)基于严格耦合波理论开展光栅衍射效率计算,利用MATLAB软件编写光栅结构设计的优化程序。(2)开展基于单层光栅齿介质膜的偏振无关光栅研究,构建评价函数采用遗传算法对光栅参量进行优化。优化得到的光栅结构对光谱特性和角谱特性进行分析计算。在中心波长1053nm附近30nm的波段范围内平均衍射效率大于96%,在Littrow入射角附近±3°范围内平均衍射效率大于95%的结果。对光栅的槽形侧壁角公差分析发现,单层栅齿偏振无关光栅的对槽型侧壁角有着非常严格的要求,制造相对困难。(3)开展基于双层光栅齿结构的偏振无关光栅研究。以相同的方法对光栅参量进行设计和优化,并对计算出的光栅结构进行光谱和角谱分析。得到双层齿多层介质膜偏振无关光栅在中心波长附近50nm波段范围内衍射效率理论值大于95.8%,角谱在Littrow入射角附近±3°范围内衍射效率均大于95%的结果。对设计好的光栅参量进行容差分析,结果表明双层光栅齿结构有着更大的槽型侧壁角的宽容度,工艺容差好,有利于实际制作。(4)开展双层光栅齿结构偏振无关光栅的实验研究。在玻璃基底上镀多层膜,利用全息光刻方法制作光刻胶掩模,然后通过离子刻蚀将掩模槽型转移到SiO2和Ta2O5膜层中,清洗残余物,完成光栅的制备。对光栅槽型和衍射效率进行测试和理论分析。1053nm入射的TE波和TM波的-1级衍射效率分别为96.6%和98.0%,1064nm入射的TE波和TM波的-1级衍射效率分别为98.0%和99.0%,在35nm波段范围内的平均衍射效率大于96%,与理论分析相符。