经过半个多世纪发展的全息技术,已由传统的光学全息技术发展为虚拟仿真的计算全息技术。目前计算全息技术已被广泛应用于诸多领域,如3D全息成像、信息加密存储、空间滤波、光学干涉测量等。在高精度光学干涉测量应用中,计算全息元件作为波前调制元件发挥着尤为重要的作用。由于计算全息元件具有设计灵活、检测精度高、制作成本低等诸多优势,基于计算全息波前调制元件（Computer generated hologram,CGH）的零位干涉检测方法已成为现代高精度检测技术的一个主流发展方向。其检测方法的突出优势在非球面高精度检测及复杂光学系统装调应用中均有所表现。随着微光刻技术的发展,高精度计算全息元件的制作成为了可能,极大地推动了CGH在高精度光学检测领域中的应用。为满足先进光学系统日益增长的探测能力和高分辨率的需求,光学系统中的光学镜面口径越来越大,相应地用于大口径非球面高精度检测和多子镜光学系统装调的CGH尺寸也越来越大。然而,当前的微光刻制备能力难以满足12寸以上大尺寸CGH的应用需求。本文针对大尺寸高精度计算全息波前调制元件的发展需求,提出了两步光刻拼接方法,实现大尺寸拼接CGH的制备,同时对过程中制作误差引起的检测精度影响进行了深入探究。论文主要完成的工作内容如下:1、标量衍射理论在高线密度CGH应用中的局限性问题及其CGH设计线宽阈值的分析。标量衍射理论是衍射元件CGH的理论基础。随着非球面口径增大但受限于CGH加工尺寸,设计的CGH线密度越来越高,这就导致标量衍射理论在高线密度CGH应用中面临局限性问题。基于线性光栅分析模型及矢量衍射理论中严格有限时域差分方法对高线密度情况进行仿真对比分析,明确标量衍射理论的适用条件下的CGH条纹线宽设计阈值及高线密度面临的局限性问题在衍射效率、调制相位及重构几何参数方面产生的影响。2.大尺寸拼接CGH的高精度制备工艺研究。基于激光直写光刻技术,提出两步光刻拼接式制备方法,实现图形曝光面积的拓展。通过对机床运动误差和拼接流程中套刻误差的测量与校正,提高图形曝光及两步拼接过程的制备精度。设计原理验证实验元件测试提出的拼接方法的可行性及制备精度,在验证实验基础上开展首个超大尺寸300mm×600mm工程实用拼接CGH元件的制备。3.拼接CGH制作误差及其对检测波前影响的理论分析。作为影响CGH检测精度的主要误差来源,制作误差主要包括基板误差、图形绘制误差等。从基板厚度、材料折射率、基板面形、基板表面平行度等几个方面分析了基板误差导致的检测影响。通过建立误差仿真模型及评价方法,分别对导致图案形变的机床导轨定位误差、正交性误差及拼接误差在检测应用中的影响进行了讨论和分析。4.误差理论分析模型及评价方法的验证实验。分别通过人为设计在CGH图案中引入80μrad正交性误差、1μm垂直于接缝的横向拼接误差、400nm与接缝同向的纵向拼接误差,利用高精度光刻设备完成上述元件的制作,搭建波前检测平台获得实验结果,与理论仿真分析结果对比分析,验证误差模型准确性。以仿真结果作为参考,对实验检测结果进行误差补偿,修正后的残余误差验证误差评价方法的可行性。本文对拼接式大尺寸计算全息波前调制元件制备中涉及的关键技术进行研究。通过测量和校正机床误差及拼接误差,提升拼接CGH的制备精度。利用提出的两步光刻拼接制备方法制备大尺寸拼接CGH。同时,建立误差分析模型及评价方法,进一步提升测量过程中拼接CGH的检测精度。本文的研究工作对大口径非球面高精度检测及多子镜光学系统装调具有重要意义。