近眼显示设备（NED）是一种将微型显示屏置于人眼前,以提供沉浸式观看体验的目视光学系统。无论是从早期的军事飞行应用,还是当今走进民用和娱乐领域,近眼显示设备都在显示领域发挥其无可替代的作用,这也体现了人类对显示设备舒适化、便携化、真实化的追求。本文参考近眼显示设备以往的设计经验,选择当前性能较为优越的设计方案,同时结合现有光栅加工工艺精度水平,尽可能的满足大视场大出瞳扩展需求,提出一种衍射式光波导近眼显示设备的设计。论文的主要研究成果和创新点如下:（1）研究各类近眼现实设备系统的基本原理及其系统结构,同时对比各类波导NED设备结构与性能,提出一个可实现设备整体紧凑,具有良好便携性和大视场大出瞳扩展区域的近眼增强现实设备技术方案。基于严格耦合波分析法和Powell算法提出新型表面浮雕衍射光栅式波导设计与优化策略。（2）针对波导设备系统设计,设计了符合近眼显示设备需求的准直透镜系统,通过合理的分配光焦度,实现透镜系统的大视场和小尺寸,以及良好的成像性能;针对满足NED设备传输光路,以及搭载光栅耦合器需求,设计了具有良好加工、抗损伤性能的波导结构,有效地避免了光栅的二次耦合效应;与此同时波导的结构的合理设计,允许全反射光束在出瞳扩展区域有足够的宽度,避免了出瞳扩展区域的不连续。（3）针对NED设备光栅耦合器设计需求,分别设计了耦入光栅和耦出光栅系统,通过严格耦合波分析理论,得到初始光栅结构设计,利用方向加速算法对耦入光栅优化,提出一个可实现具有大视场衍射效率均匀性的耦入光栅设计。该设计对入射角度不敏感,衍射效率的角均匀性为87.61%,全视场平均衍射效率为85.41%。针对出瞳扩展区域照度均匀性需求,提出了四耦出光栅设计,该设计合理分配各光栅反射能量R0和衍射级次能量R-1,结合所设计的准直系统与耦入光栅照度均匀性,展开出瞳区域耦出光栅衍射效率优化。（4）在设计的基础上完成NED设备光路整体仿真,通过仿真分析设备出瞳扩展照度均匀性,经仿真测得NED设备眼动范围为20mm×16mm,出瞳扩展范围内照度均匀性经过优化后从23.79%提升至98.27%,同时设备全视场MTF在18lp/mm均大于0.2,符合人眼观看要求的成像质量。