本论文作为“十一五”国家科技支撑计划重大项目的一部分,对平场全息凹面光栅的设计方法及制作关键技术做了较为深入的研究。第一,在平场全息凹面光栅的优化设计方面,分别介绍了基于像差系数和点列图的优化函数,分析了不同优化函数对平场全息凹面光栅设计结果的影响,对比发现利用基于点列图的优化函数设计的平场全息凹面光栅能够在子午方向与弧矢方向获得更好的成像性能。第二,在平场全息凹面光栅的设计方法方面,提出了基于平场弧矢焦线的设计方法,像质评价结果表明设计出的光栅能够兼顾子午方向与弧矢方向的成像特性,不仅能够达到与常规方法所设计光栅相当的光谱分辨率,而且能够实现全光谱的零像散,大大提高了平场全息凹面光栅成像的能量集中度,对于改善平场光谱仪的通光效率作用显著。第三,在平场全息凹面光栅设计理论的应用研究方面,提出了双光栅切换平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计方法,在不增加仪器尺寸的前提下,双光栅光谱仪比常规的单光栅光谱仪拥有更高的光谱分辨率以及更高的通光效率。第四,在平场全息凹面光栅的误差分析方面,系统的研究了光栅曲率半径误差、制作结构误差和使用结构误差对光栅成像质量的影响,在较大的误差范围内将各种光栅结构参量误差的影响归结为使子午焦线产生平移和倾斜两种作用,揭示了光栅结构参量之间普遍存在的误差补偿作用,误差补偿之后光栅的光谱分辨率能够达到与设计结果相近的水平,对于平场全息凹面光栅的设计、制作及应用具有重要的理论价值。第五,建立了非对称曝光条件下的曝光及显影理论模型,能够对非对称曝光下全息光栅的槽形演化进行数值模拟,从而为平场全息凹面光栅的制作工艺提供理论依据。第六,利用本文建立的非对称曝光条件下的曝光及显影理论模型对平场全息凹面光栅制作过程中的实时监测曲线进行了数值模拟和实验验证,计算结果显示非对称曝光条件下的实时监测曲线变化趋势与对称曝光时相同,利用此理论模型能够从理论上解释实时监测曲线的变化特征,从而能够对平场全息凹面光栅曝光及显影终止点的判断进行理论分析,实现平场全息凹面光栅制作工艺的精确控制。