为了提高全息光学系统的光学效率,提出用分光棱镜和光栅对图像进行出瞳扩展,并通过双光栅设计改善光学系统的成像质量。通过光学系统建模,分析了光学系统成像质量并进行仿真。光学系统的视场为20°×20°,出瞳大小为20 mm×20 mm,剩余波像差为0.075λ,畸变小于0.01%,调制传递函数(MTF)接近衍射限。对于零视场光学系统的出瞳具有完全均匀辐照度分布,光能利用率约5%~6%。而对于20°视场系统出瞳辐照度均匀性略有下降,光能利用率为3%~4%。结果表明,该全息波导系统显著提高了全息波导头盔显示系统的光能利用率。并且棱镜波导系统具有高度可行性,可以应用于新一代头盔显示技术。