新型波导型准直投影系统利用衍射光栅，仅使用一块波导板即可完成光束的耦合、扩展和成像，更利于系统集成和小型化，具有很高的研究价值。基于严格耦合波理论建立了新型波导型准直投影系统中衍射光栅的Matlab模型，并根据系统对衍射光栅的性能需求，对耦合光栅、扩展光栅和出射光栅的模型进行分析，设计衍射光栅的结构及相关参数。结果表明，采用新型闪耀光栅作为耦合光栅，扩展光栅设计为普通二元光栅和新型二元光栅相结合，采用闪耀光栅作为出射光栅，所得的新型波导型准直投影系统成像均匀，视场为24.8°×30°，系统占用空间小、质量轻，可用于集成和小型化的显示器。

基于严格耦合波理论, 数值计算了一种在闪耀斜面镀膜的亚波长光栅结构, 并首次提出将该光栅应用于光导板的设计中, 使光导板衍射的RGB光束无需经过滤色片, 直接透射相应的像素点。在数值计算中, 设定入射光为TE偏振态、入射角为60°、波长为RGB三基色。光栅以有机玻璃为基底, 二氧化钛为膜层, 并随波长改变周期、闪耀角等参数。计算结果表明, 该光栅的一级衍射光可垂直于表面出射, 一级衍射效率随膜厚渐变, 最高达37%, 其余非零级次的衍射效率低于2%。将该特性的光栅应用于新型光导板的数值建模中, 并对光栅的制作进行了工艺容差分析, 计算得归一化能量的标准差小于1%, 总衍射效率接近80%。

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层，以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题，本文基于严格耦合波分析理论，对该光栅进行建模与数值分析.结果表明，在TE模入射时，该光栅的一级衍射效率可随膜厚在［0, 37%］内变化，其余非零级次的衍射效率低于2%.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求，同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向［45 °，70 °］、横向［－15 °，15 °］内变化时，一级衍射效率的变化平稳，可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响，给出了相应的数值分析，可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.

在彩色波导全息平视器的设计中，易出现色彩不均和结构复杂的问题。将折射率、厚度各异的膜层，分别嵌入双层波导中，对一种新型的双层耦合光栅结构进行了优化设计。基于严格耦合波理论(RCWA)的计算表明，该双层光栅可实现主视场内较均匀的彩色成像，且结构精简。相较于传统的体全息元件，该结构批量制造的可靠性更高。双层光栅的设计分别以470 nm和632 nm为中心波长，实现衍射能量的相互补偿。优化结构参数后，当入射角在［-11°，11°］内变化时，主视场内RGB三波长的衍射效率(DE)可大于85%，各波长间最大的效率差异可小于5%。