基于啁啾脉冲放大技术的超短、超快、高峰值功率激光器的发展很大程度上依赖于光栅的衍射特性。介质膜光栅(脉宽压缩光栅)由于具有高衍射效率和高抗激光损伤特性而应用于啁啾脉冲放大系统。介质膜光栅的衍射特性分析以及作为刻蚀表面浮雕结构载体的多层介质膜的设计、制备和性能分析成为一个重要的研究课题。　　 本文采用严格耦合波理论对介质膜光栅的衍射特性进行了系统的分析，建立了多层介质膜干涉特性和表面浮雕结构衍射特性相互耦合作用的模型。数值分析表明：介质膜光栅的衍射效率与入射波长、入射角度、入射光的偏振态、表面浮雕结构的周期、槽深、占空比、剩余厚度以及多层介质膜的折射率和厚度等参数密切相关。　　 根据脉宽压缩光栅对多层介质膜的要求，利用薄膜光学的干涉理论设计了在使用波长和写入波长处性能优良的脉宽压缩光栅用多层介质膜。计算了项层HfO2的厚度、光刻胶厚度以及入射角度对写入波长处光性的影响；给出了电场强度在介质膜层内的分布；分析了折射率、膜层厚度以及参考波长等参数对脉宽压缩光栅用多层介质膜光学特性的影响。　　 利用电子束热蒸发方式制备了优化设计的脉宽压缩光栅用多层介质膜。根据膜系的特点和镀膜机的实际蒸发特性设计了三种针对不同尺寸样品的制备方案；探索了大尺寸样品(200m×400mm×50mm)，的制备工艺条件，获得了良好的工艺稳定性、重复性和均匀性。对制备的样品进行了光谱特性测试，测试表明：在使用波长处反射率优于99.5％，在写入波长处透射率优于96％且具有30nm左右的带宽，样品的均匀性优于±0.75％，满足实际需求。　　 利用设计的多层介质膜制备了尺寸为200mm×400mm和80mm×1.50mm的介质膜光栅，其衍射效率的实测值优于95％；在HfO2和铬表面掩模的介质膜光栅的抗激光损伤阈值分别为5.04J/cm2和6.61 J/cm2，而多层介质膜的抗激光损伤阈值为14.86J/cm2。对样品损伤形貌的扫描电镜照片分析发现：相比于未刻蚀的多层介质膜，介质膜光栅的初始损伤主要发生在光栅槽的侧壁，且损伤主要是由制备过程中引入的杂质污染引起。