近年来,随着增强现实技术和虚拟现实技术的快速发展,头盔显示器的应用价值与发展潜力得到了来自国内外研究人员的一致肯定。早期的头盔显示器多采用离轴目镜结构进行图像信息的传递,但离轴目镜结构的使用极大的增加了系统的体积和重量。为解决该问题,基于全息波导结构的头盔显示技术被适时提出。该系统利用全息波导结构的全反射特性进行图像信息的传输,不仅减小了系统的体积与重量,而且可以对出瞳进行二维扩展,实现系统的大视场、大出瞳显示。但对出瞳的扩展导致了系统在出瞳范围内光通量的减少,输出图像的亮度降低。针对这一情况,本文设计了一种具有较高衍射设效率的新型光栅结构。该结构由闪耀光栅以及体全息光栅组成,通过对透过体全息光栅的光的再次利用,有效提高了光栅的衍射效率。将其作为头盔显示系统的输入耦合器可以极大的减少了系统的能量损失,提高了输出图像的亮度。具体研究内容如下:首先是对新型耦合光栅的设计,根据波导的全反射特性以及体全息光栅的衍射特性完成光栅初始参数的设置;然后通过严格耦合波分析方法对体全息光栅进行建模,并使用Matlab软件完成体全息光栅特征参数的优化;最后在优化后的体全息光栅的基础上完成新型光栅结构的设计。将设计好的新型光栅与体全息光栅的衍射特性进行对比,结果表明,相较于体全息光栅,当入射光满足布拉格条件,新型光栅使TE偏振光的衍射效率提高了1.5%,TM偏振光的衍射效率提高了9.4%,非偏振光的衍射效率提高了5.3%。且与体全息光栅相比,新型光栅在不同偏振态（TE,TM）下,入射角的半高宽分别增加了0.2°与0.5°,说明该结构具有更大的视场角。然后是对全息波导型头盔显示系统的设计,该系统以新型光栅结构作为系统的输入耦合器并利用全息波导结构对出瞳进行扩展。因此系统在设计时首先通过对光栅衍射特性以及人眼视觉特性的分析确定了全息波导结构的特征参数;然后以此为基础完成目镜系统的参数设计,并使用Zemax软件对系统进行仿真与优化;最后通过调制传递函数、点列图等评价方法对优化后的目镜系统进行分析。分析结果显示,目镜系统的成像质量良好,可以应用于头盔显示系统。最后使用Lighttools软件对整个系统进行仿真。结果显示该系统实现了20°×15°的视场显示且在20mm×20mm的出瞳范围内照度均匀性良好。同时,使用新型光栅作为输入耦合光栅的系统其光能利用率达到了10.31%,与仅使用体全息光栅的系统相比,该系统的光能利用率提高了2.17%。