衍射光栅作为微纳光学器件中的关键色散元器件，具有分束、偏振、相位匹配等特性，广泛应用于激光器、激光调制、激光计量学、激光测量等诸多领域。与此同时，大尺寸光栅在天文、光谱仪、引力波探测等领域也有着极其重要的作用。另外，大尺寸光栅是脉冲压缩的重要光学元件，造价十分昂贵，而且西方发达国家对我们实施禁运，我国激光工程所需的大型光栅只能依靠自主开发。传统光栅制备技术，例如机械刻划法、全息法等在制备大尺寸衍射光栅上都有所欠缺，以往的光栅制备技术已经很难满足激光工程的要求，激光直写技术成为最有可能解决此难题的备选技术方案。激光直写技术自20世纪80年代首次提出，便得到了广泛的关注。激光直写技术是无掩膜光刻技术的一种，通过激光束在涂有光刻胶的基片上扫描得到所需要的图形。因此，我们提出了基于旋转达曼光栅的激光直写技术，并在以往技术基础上，搭建了大行程的激光直写系统。本博士论文是在总结前人工作的基础上，对该系统的搭建及关键技术进行分析研究，通过制备相关衍射光栅元件对该系统的性能进行验证。本博士论文将围绕基于激光直写系统的衍射光栅加工制备这一主旨进行展开，主要围绕以下几个方面开展相关的研究工作:　　1.设计并讨论分析用于制备衍射光学元件的激光直写系统的整体设计方案以及其每个子模块。我们将整个系统分为几个部分，首先是分析搭建光路系统，介绍直写光路的原理及几个关键性元部件的选型，重点分析介绍基于像散法的自聚焦光路的原理，引入FES误差信号曲线，设计自聚焦光路系统，并在此基础之上提出差动自聚焦技术，搭建设计差动自聚焦光路，对其进行模拟仿真，对差动自聚焦的性能进行分析说明;其次是运动系统的搭建，比较分析了几种不同形式的导轨，最终采用气浮导轨的移动平台，并对选取的移动平台进行了选型说明分析;再次，在整个光路系统、运动系统搭建完成的基础上，对整个系统进行整合，通过不同的机械设计方案及隔振平台的选取，使得整个系统保持最优的性能及稳定性;最后是对整个系统的硬件和软件系统进行分析说明，整个系统是以计算机为核心，由计算机连接各个系统，发出操控指令，详细说明了自聚焦操作软件及气浮移动平台的操作软件。　　2.将达曼光栅引入到激光直写系统。达曼光栅是一种能够产生一系列均匀点阵的衍射光学元件，能够在直写系统中作为分束元件，可以一次性直写多条栅线。我们首先介绍达曼光栅原理和达曼光栅的理论设计方法，并且根据理论设计了亚波长达曼光栅。在达曼光栅应用方面，介绍了旋转一维、二维达曼光栅分束并行直写技术，推导出刻写周期与旋转角度之间的关系式。为了进一步提高刻写的精度，减小随机误差，消除拼接问题，我们提出了并行重复直写技术。　　3.对系统的几个关键部分进行了优化调试。主要针对移动平台控制问题，优化PID参数，观察PID参数改变后直写条纹效果，选取合适的PID参数使整个系统达到最优效果;通过架设激光干涉仪观测平台振动情况，针对移动平台的气路问题，增加露点仪控制，保证气路稳定;由于像差、色差、安装误差等原因，造成红光自聚焦光路不能完全直接反应蓝光的焦点，需要调节FES参数值，手动校准蓝光焦点，满足直写要求。　　4.在实验方面，首先介绍衍射光学元件的基本制备工艺流程，然后介绍光刻胶的相关性能、刻蚀的工艺技术。重点是对已搭建好的基于达曼光栅的大尺寸激光直写系统进行了性能验证与测试。主要表现为制备了大尺寸衍射光栅掩膜版，以及利用简化模式方法设计了TE偏振下800 nm高效率1×3反射式三角光栅分束器，并且通过本并行刻写系统进行制作，对该光栅分束器进行光谱效率测试。还制备了大发散角的二维光栅，实验结果进一步证实了该直写系统的直写性能。　　本文构建了整个系统的理论模型，并在理论模型的基础上搭建了实体衍射光学元件的激光直写系统，制备了不同类型的衍射光栅元件。该直写系统具有拓展性、灵活性、便利性的优点，能够符合制备衍射光栅的要求。