近些年来,体全息光栅作为全息光波导的重要耦合元件,在头戴式显示和近眼显示领域备受关注。全息光波导通过体全息光栅调控光束的传播方向实现转折成像,使整个显示系统实现简洁化、小型化。因此,高衍射效率的体全息光栅的制备尤为重要。体全息光栅传统记录方法是采用全息干涉法,具有光路复杂、对环境要求高、干涉条纹强度不可控性的缺点。本文主要针对上述问题展开分析和研究。衍射光学元件（Diffractive optical element,DOE）可直接对光波进行振幅和相位调制,能实现一些传统器件无法完成的功能。本文提出利用DOE对激光进行调制产生强度可控的条纹用于体全息光栅记录。该方法的记录光路简单,对环境要求不高,可以控制条纹的强度,加工方便。本文详述了用于体全息光栅记录的衍射光元件设计的理论基础和优化设计算法,并针对衍射光学元件量化的问题进行了研究。本文将强度呈正弦分布的干涉条纹作为输出光场,针对这一特殊的输出光场,将输出平面分为明条纹所在信号区域、暗条纹所在信号区域以及非信号区域三部分,提出进行分区域振幅约束的优化算法。基于这一优化算法,本文分别设计了小周期等间距条纹DOE、小周期非等间距条纹DOE以及大周期等间距条纹DOE。仿真结果显示:和传统的GS算法相比,本文设计的小周期等间距条纹DOE产生的条纹均匀性由76.34%提升至87.33%,条纹对比度由24.92提升至67.15,误差函数由8.33%降至5.69%;小周期非等间距条纹DOE产生的条纹均匀性由76.74%提升至86.09%,条纹对比度由23.47提升至66.95,误差函数由8.52%降至5.71%;大周期等间距条纹DOE产生的条纹均匀性由80.15%提升至88.06%,条纹对比度由28.42提升至68.95,误差函数由8.26%降至5.24%。将两种算法设计的大周期等间距条纹DOE相位加载到液晶空间光调制器,做了实验验证,仿真和实验结果证明了该算法的有效性。本文还对优化算法得到的DOE相位进行了量化分析,通过软件仿真计算分析其对DOE光学性能的影响。然后针对量化问题提出区域迭代多阶量化的优化算法,减小加工难度,各阶量化的评价指标相较于直接量化都得到了明显的改善,最终通过加工相位二值化的DOE进行了实验验证。