本文设计了焦距50mm,波段为8～12 μm,F数达0.8,全视场10°的适用于非制冷焦平面阵列探测器的红外物镜.分别设计了四片全折射式和三片折衍混合式两种镜头.从两个镜头来看,折衍混合式不仅在体积上小于全折射系统,同时在成像质量和色差上（从10.1μm降至0.8μm）也优于全折射系统.

基于谐衍射光学元件的成像理论,将谐衍射透镜应用在传统红外单波段系统里,设计得到工作波段处于4.4～5.4μm和7.8～8.8μm的红外双波段光学系统。分析了谐衍射光学元件的特性,计算了光学系统的结构参数,并利用软件的多重结构进行了优化。设计结果表明,系统的光学传递函数在两个波段范围内,20 lp/mm时的归一化值均大于0.5,具有良好的成像质量。为红外光学系统的设计提供了一种全新器件。

当前对空间望远镜光学系统的要求是：在宽光谱范围内，系统具有分辨率高、质量轻等特点，衍射望远镜可以满足上述要求。利用Schupmann提出的消色差理论可实现系统宽光谱覆盖，采用平面衍射透镜做物镜可使系统轻量化，降低了成本。设计了一个物镜口径为1000mm，f／#=100，用离轴三反射镜做目镜的衍射望远镜。设计结果表明：系统在0．65-0．75μm波段，0．02°×0．035°视场范围内，得到了消色差，接近衍射极限的成像质量。

使用一种基于二元光学透镜的分光成像及消色差原理的新方法来设计资源卫星的中继光学系统。通过分析二元光学透镜的分光成像原理、消色差原理、衍射效率与阶数和工作波长及设计波长的比之间的关系，又考虑到单独设计制造二元光学透镜的难度，采用折衍混合成像光学系统来拟定资源卫星中继光学系统的设计方案，给出用ZEMAX软件设计的具体结果。设计实例及分析结果表明，包含二元光学透镜的折衍混合成像系统可以很好的实现光谱波段分离，用于资源卫星的光学系统具有一定的适用性。

为兼顾成像系统消色差及扩展焦深的特性，提出了一种基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜在可见光波段内消色差的方法。通过阐述对数光锥位相结构的特征，讨论了长焦深元件的色散特性，并依据折／衍混合消色差原理，确定长焦深成像物镜中折射元件与衍射元件位相函数重新分配的原则；位相重新分配后，衍射元件在承担扩展焦深功能的同时增加了部分消色差光焦度，从而使长焦深元件获得消色差特性。理论和仿真分析表明，位相函数重新分配后得到的长焦深元件在中心波长λd（587nm）时的轴向光强分布与原长焦深元件一致，而在波长为λF（486nm）、λc（656nm）时的轴向光强分布区域重合，即在保留焦深扩展特性的同时，有效地校正了其在可见光波段内的初级色差。

通过对菱体型延迟器件进行优化设计，能够改善其消色差性。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理，分析了一个具有3个全内反射面的菱体型延迟器件，得出了相位延迟δ与全内反射角θ和相位延迟δ与介质折射率。的关系。通过对δ与θ和δ与n的关系分析，显示了扩大材料选择范围的可行性。结果表明，较大的全内反射角的选择有利于改善延迟器件的消色差性。

为了清楚地了解菱体型消色差λ／4相位延迟器对入射角i变化的灵敏性随折射率n变化的规律，利用全反射相变公式详细推导出器件对入射角i变化的灵敏性与折射率n的关系式，并做出了理论曲线。可见，随着折射率n的增加，器件对入射角i的变化更加灵敏。结果表明，设计器件时应尽量避免选择高折射率材料。在分析相位延迟量的测量误差时，这个应用也是很有价值的。

设计了消色差的折/衍混合微光学元件的灰阶掩模,该掩模对光刻过程中的畸变进行了预校正,并给出了模拟计算的的结果.