增强现实由于其广泛的使用场景,是近期的研究热点。本文分析了现有的头戴式增强现实显示方案的不同技术路线,发现其共同存在视场角小、显示效率低等缺点。为了解决这些问题,本文设计并制备以渐变体全息光栅作为出入射耦合器件的波导材料,提出了一种小体积、大视场角、高衍射效率的波导显示方案。并且设计渐变体全息光栅的一次曝光制备解决方案,降低了渐变体全息光栅的制备时间,提高曝光效率,为量产提供基础。本文基于Kogelnik耦合波理论,针对增强现实使用场景,提出了体全息光栅衍射效率关于不同光栅材料变量关系的仿真算法。本文提出连续渐变体全息光栅的设计算法,优化了渐变体全息光栅的衍射效率连续调制程度,进一步增大了视场角,改善了渐变体全息光栅的质量。本文为了解决全息光栅多次曝光方案带来的机械振动与误差,使用自由曲面透镜与棱镜组作为渐变体全息光栅记录光的波前调制器件,提出了 一次曝光渐变体全息光栅制备方案。本文使用递归等思路,设计了自由曲面透镜与棱镜组的面型算法,并通过仿真软件验证了方案的可行性。本文使用多种全息记录材料,根据不同的方案,加工定制光学器件,搭建了两套曝光实验平台,进行渐变体全息光栅的曝光制备实验。曝光完成后对渐变体全息光栅的衍射效率角度曲线进行测量,并对测量结果进行整理数据,验证衍射效率角度调制程度。搭建渐变体全息光栅耦合的波导增强现实投影平台,展示在实际使用的情况下,增强现实显示效果与成像质量。本文通过算法、仿真、实验三个方面成功将光栅的视场角从4°提高至24°,全视场范围内衍射效率达到中心衍射效率55%,实现视场范围内衍射效率均匀的目的。