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本论文设计了平面及Ⅳ型凹面全息光栅曝光系统,研究了全息光栅掩模制作工艺。第一,提出采用莫尔条纹法精确控制平面全息光栅刻线密度的方法,通过基准光栅精确地控制全息光栅干涉场的曝光常数,进而精确控制刻线密度,对制作高精度平面全息光栅具有重大意义;推导出准直镜通光孔径以及准直镜调整误差对准直光平行度的影响,从决定全息光栅衍射波前的几个因素展开,推导出准直光平行度对全息光栅衍射波前的影响程度。第二,从Femat原理出发,采用幂级数展开的方法得出光程函数像差系数,研究光程函数像差系数法设计理论,并设计出Ⅳ型凹面全息光栅记录参数;对凹面全息光栅性能进行模拟计算,编写凹面全息光栅光线追迹程序,对设计出的Ⅳ型凹面全息光栅进行光线追迹,用点列图正确地描述各种像差综合作用后的出射像点位置,为凹面全息光栅性能模拟提供有效手段。第三,建立全息光栅实时曝光理论模型,并制作实时曝光监测装置,通过理论模拟曲线与潜像实时监测曲线对比,确定最佳曝光量的选择区域;建立全息光栅实时显影理论模型,对光栅刻槽形成原因进行深入分析,并制作实时显影监测装置,使用该装置成功地控制显影截止点,对提高显影质量起到重要作用。第四,根据表面热动力学原理提出一种成本低廉、制作周期短、易于实现的光刻胶热熔法,探讨了光刻胶热熔对光刻胶光栅表面刻槽的影响,通过该方法可使光栅刻槽表面变得平滑,粗糙度降低,大大降低全息光栅杂散光。第五,摸索出制作全息光栅掩模的工艺路线,总结出具有较好重复性的实用工艺方法,成功地制作出合适槽深和占宽比的全息光栅掩模,为离子束刻蚀光栅制作打下良好基础。