本论文针对AR显示系统中的关键元件全息波导耦合元件的工作原理、光学结构、制作方法开展了探索,目的是提供一种结构简单、适合用于AR头戴显示设备中的全息波导耦合元件。全息波导耦合元件是增强现实显示系统的关键光学元件,光束垂直入射至全息波导板中通过入耦合元件改变光束传播方向,在波导板中形成波导现象传输至出耦合元件处,通过出耦合元件再次改变传输方向从全息波导板出射至人眼。当入耦合元件与出耦合元件均为透射式或反射式耦合元件时,两次改变光束传播方向的角度值相等。因此,本文以全息波导光学系统的成像原理为基础,对全息波导耦合元件进行了深入的研究。主要研究内容和结论如下:首先,根据全息波导的成像原理,结合k矢量圆理论与全息光学记录原理,设计全息波导入耦合元件与全息波导出耦合元件的对称型周期结构。利用MATLAB软件模拟全息波导耦合元件记录时的干涉场光强分布,与设计的耦合元件周期结构数据吻合,利用COMSOL软件模拟全息波导耦合元件对光束传输角度的改变过程,与理论改变光束传播方向的角度值一致,证明两个全息波导耦合元件以互为对称的结构排布在全息波导光学系统中,能够满足全息波导光学系统对光束传播方向的要求。其次,选择重铬酸盐明胶作为全息记录材料,利用全息干涉曝光技术制作透射式全息波导耦合元件。设计了工作波长为633nm的全息干涉曝光实验系统,并在该系统基础上,利用变波长再现原理优化了全息干涉曝光实验系统的光路。确定了全息波导耦合元件的制备工艺流程,研究了制备、曝光与后处理的关键参数与工艺条件。最后,对全息波导耦合元件进行了再现实验,实验系统工作波长为633nm,入耦合元件与出耦合元件的一级衍射符合设计要求。并从光栅厚度、波长偏移、角度偏移与制备工艺参数这几个方面分析对实验结果的影响,对后续实验研究具有一定的参考价值。