光学望远镜作为空间天文与深空天体的探测仪器,是探索宇宙起源、星系形成与演化的重要工具。为了捕捉与测量更远、更深、更弱的天体对象,国内外正致力于大口径、超大口径光学望远镜的研究与建设。衍射光栅是望远镜摄谱仪的核心分光元件,影响着望远镜系统的各项性能。体位相全息光栅（VPHG）因其在窄波段范围内具有接近100%的峰值衍射效率而成为天文望远镜摄谱仪的首选分光元件。然而这种光栅存在带宽窄、高分辨条件下偏振效应明显、紫外波段材料吸收高以及制作工艺复杂、对环境要求严格等弊端。中国科学技术大学在过去20年里一直致力于惯性约束聚变激光脉冲压缩光栅的研究,发展了全息—离子束刻蚀光栅制备工艺。本课题以全息—离子束刻蚀光栅技术为基础,针对天文望远镜摄谱仪高衍射效率、高分辨率、性能稳定的光栅需求,提出并制备了一种具有大占宽比和高深宽比的石英介质表面浮雕透射光栅。模拟与测试结果表明高深宽比石英光栅综合指标优于同需求下的体全息光栅。本论文的主要工作包括:1、高衍射效率非偏振石英光栅参数设计与工艺容差分析针对天文望远镜摄谱仪衍射光栅应用的波段范围,设计了高衍射效率非偏振矩形槽石英光栅,其-1级峰值衍射效率理论值接近100%。确定了光栅制造工艺容差并分析了光栅占宽比、深度、周期以及形貌等因素对衍射效率产生的影响。从原理与工艺角度与VPHG进行了对比,并以应用于三十米望远镜摄谱仪中的VPHG为例,模拟了入射波长及入射角度等因素对衍射效率的影响。2、栅线侧壁陡直、高深宽比矩形槽石英光栅结构工艺探索本文对比了石英光栅制备中常用的两种刻蚀方法,选择了反应离子束刻蚀作为主要刻蚀技术,分析了刻蚀参数对刻蚀形貌的影响,对光刻胶掩模转移过程中的形貌变化以及熔融石英光栅高深宽比刻蚀形貌进行了系统地探究。以槽底弯曲、沟底微槽、顶部损失以及侧壁台阶等瑕疵槽形为例,分析了刻蚀误差对衍射效率造成的影响。3、用于三十米望远镜（TMT）石英透射光栅的制作与检测以中心波长为400 nm光栅为例,对大占宽比矩形槽石英光栅的制备工艺进行了探索。以全息-离子束刻蚀技术为主,添加溅射镀铬、原子层沉积等辅助工艺实现了小周期大占宽比石英光栅的制备,成功制作出占宽比为0.6、深度为840 nm、周期为400 nm的石英光栅。经过多次实验,该工艺一致性较好,可实现重复制备。实际测量结果表明制备出的光栅在中心波长下的-1级峰值衍射效率可达94%,测量结果与理论分析趋势基本一致。光滑干净光栅槽及全息曝光的优势使该光栅在波段范围内的平均杂散光影响低于0.5%,无鬼线困扰。