随着显示技术的不断发展,头盔显示技术在军事、娱乐、医疗等众多领域展示了巨大的发展潜力。现有的头盔显示器多是基于护目镜成像,但是在实际的穿戴过程中,由于其内部光学系统庞大笨重,会导致头部严重不适。为了克服这些缺点,许多新型的头盔显示技术被提出,它们相比于传统的头盔显示器具有重量轻、体积小等优势,其中全息波导显示技术正是最新的头盔显示技术。但是因为相关技术积累欠缺,全息波导显示技术目前还存在光能利用率低、无法实现彩色显示等问题。本文针对光能利用率低的问题,设计了一种光栅结构,可以以较低的制备成本提高光栅的衍射效率,更大程度地提高系统光效、节约成本。文中首先阐述了全息波导显示技术和衍射理论的相关原理,分析了全息光栅空间频率、波长、波导折射率、入射角等参数之间的关系。然后,采用标量衍射理论的设计方法,设计得到光栅的表面微结构形貌,并利用矢量衍射理论对该结构进行仿真。针对仿真结果,对光栅的表面结构进行优化。之后采用标量理论分析了该光栅结构的宽容度。最后,根据最终的设计结果,采用无掩膜直写光刻的方法制备出相应的光栅,对光栅以及全息波导系统进行实际测试,测试结果表明:光栅正入射时-1级衍射效率达到50%,倾斜56°角入射时-1级衍射效率达到40%,相比于一般的全息波导系统,整体光能利用率提升了4倍左右,满足最初的设计要求。