超环面全息光栅作为分光器件同时兼具色散、聚焦成像、校正像差、无鬼线、低杂散光等特性,自发明以来一直在极紫外和软X射线波段高分辨率光谱仪等领域中发挥重要作用。超环面全息光栅的面型特征和刻槽分布规律使其具备了优秀的消像差能力,但同样使其研制难度大增,正是在这种情况下,本论文对超环面全息光栅的优化方法和制作技术展开了一系列深入的研究。第一,本文根据费马原理推导了超环面全息光栅的光程函数几何像差理论和光线追迹点列图理论;改进了传统的光程函数理论优化函数,引入权重思想建立了新的超环面全息光栅光程函数优化函数;根据超环面全息光栅光线追迹点列图建立了点列图均方根优化函数;结合超环面全息光栅几何像差理论和光线追迹点列图理论设计了一种新的优化设计方法,即平衡像差优化设计方法,使用遗传算法与局部优化算法相结合的方式对光栅进行优化设计,提高了优化效率、进一步提升了光栅的光谱性能;对平衡像差优化方法进行了验证并为三种不同用途的超环面光栅进行了优化设计。结果证明平衡像差优化设计方法更适合对球面波曝光系统制作超环面全息光栅的参数进行优化,为高分辨率超环面全息光栅的设计提供了理论基础。第二,为了对超环面全息光栅制作工艺中至关重要的匀胶工艺进行理论指导,从流体力学和热力学角度分析了超环面全息光栅旋转涂覆法匀胶的工艺过程;建立了超环面全息光栅匀胶过程中光栅表面近似曲率半径函数;建立了超环面全息光栅在非润滑状态下的匀胶模型;通过结合实验归纳和多项式拟合给出了建立完整匀胶模型所需的实验室系数;对建立的匀胶模型进行了实验验证,并且对不同工艺参数下的匀胶模型分别进行了对比和分析;讨论推导了适用于润滑与非润滑状态下的凹球面与平面光栅匀胶模型。实验证明本文建立的一系列模型与实验数据相吻合,能够在一定程度上指导光栅制作中的匀胶工艺。第三,为了分析超环面全息光栅制作和使用过程中多种参数误差对光谱性能的影响,本文首先建立了超环面全息光栅光谱性能评价函数,该函数可以对超环面全息光栅光线追迹点列图的像高、像宽和光谱综合性能进行评价;深入分析光栅制作和使用过程中不同阶段使用参数误差、记录参数误差、基底面型误差、匀胶参数误差对光栅光谱性能的影响;模拟了各个参数之间的误差补偿作用,分析了通过其他参数补偿某一阶段单一误差的方法;确定了光栅研制和使用过程中对光谱性能影响较大的参数和补偿方法;理论指导了光栅研制和使用过程中对各种参数误差的处理办法。第四,对超环面全息光栅制作工艺进行了介绍;分析了旋转涂覆法匀胶工艺中容易出现的瑕疵缺陷,并对各个瑕疵出现的原因和解决办法进行了研究。结合超环面全息光栅的制作工艺、球面波曝光光路的设计和非对称曝光显影实时监测技术介绍了宽波段单色仪中使用的超环面全息光栅具体制作方法。为超环面全息光栅的制作提供了理论指导和实验依据。