本论文作为“十一五”国家科技支撑计划重大项目的一部分，对平面全息光栅的曝光系统的使用、精确调整、光栅掩模槽形的工艺控制等技术做了较为深入的研究。第一，确定了空间滤波器孔径与激光束腰的比值方法。兼顾滤波光束衍射效应，为消除滤波光束高频杂散光，对空间滤波器的结构优化进行了深入研究。通过计算滤波光束的相位变化及滤波光束的高斯参数变化，给出了1.52<a/0<2.2作为空间滤波器孔径与激光束腰半径比值较为合理的选择区间，解决了曝光系统中空间滤波器没有严格定量指标的问题。第二，分析了平面全息光栅洛艾镜干涉曝光系统的约束条件，基于曝光光束在洛艾镜干涉曝光系统中传播的几何关系，推导出洛艾镜长度、入射光束尺寸、光栅周期、左、右两路干涉光束光程差、干涉条纹对比度、激光相干长度及光栅宽度关系的数学表达式，并分别给出了系统结构及条纹对比度对光栅制作面积的约束条件。第三，提出了平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法。在理论上证明了基准光栅周期与光栅像周期之间存在的倍数关系，指出了基准光栅刻线密度选择在倍频式调整方法中的等效规则，并分析了基准光栅宽度不同对光栅刻线密度制作精度的影响。第四，对平面全息光栅曝光系统中的分光器件进行了特性分析。通过阐述光栅和棱镜分光原理给出了光栅干涉条纹波像差、入射光束角度偏离量、系统使用参数之间的解析表达式，据此指出系统使用参数较大时以分光光栅代替棱镜可提高曝光系统稳定性，这对经长时间曝光制作大面积全息光栅是十分必要的。第五，采用q参数讨论了曝光光学系统调节误差对光栅衍射波像差的影响。通过计算高斯光束经准直系统后的相位给出了莫尔条纹相位分布的解析表达式，由此系统分析曝光系统调节误差与光栅衍射波像差的关系。理论分析结果表明，左右曝光光路准直系统的相对离焦对光栅衍射波像差的影响最为显著；相对离焦量相同时，光栅衍射波像差随曝光系统焦距的减小而逐渐增大；理论模拟的条纹分布与实验中获得的莫尔条纹能够很好吻合。第六，对光栅槽形演化规律在理论上进行分析进而在工艺上进行控制，结合光刻胶在显影过程中的非线性特性建立了光栅掩模槽形演化的数学模型，首先分析和模拟了曝光量、条纹对比度对光栅槽形占宽比的影响；同时将光刻胶特性曲线分成三个不同区域，并分析各区域在光栅掩模槽形形成中的作用，讨论不同光刻胶特性曲线条件下的槽形演化规律。结果表明：光栅掩模占宽比随光刻胶曝光量的增大，条纹对比度减小而减小，同时控制光刻胶非线性效应的强弱可形成如矩形、梯形或正弦形的光栅掩模槽形。