光学器件作为光电子产业的基石,具有非常重要的地位。随着科学技术的发展,特别是在光通信与信息显示技术的牵引下,对于研制各种类型的光学器件提出了更新、更高的要求,传统的光学器件设计技术也面临着严峻的考验。近年来,计算机技术的快速发展,为光学器件的模拟仿真与优化设计提供了有力的硬件条件。如何利用计算机对光学器件进行建模和仿真、对薄膜的性能进行估算,对薄膜结构进行设计优化等,都是关系到光学产业发展的重要问题。本论文主要进行了光学器件的模拟仿真和优化设计的相关研究,利用C#开发了一种基于偏振光学器件的虚拟光学加密系统,验证了计算机与光学相结合的重要性和可操作性；利用C#调用Fortran库并结合多种控件编程技术实现了一款光学设计与优化软件,以实现对光学薄膜的设计和优化,并能分析薄膜特性从而对实际生产进行前瞻性指导；针对本文工作的软件实现,开发了一种改进的系统框架——MVCF,既实现了松散耦合设计模式,又能提高科学计算的运算速度；为了将结果更好的展示给设计人员,开发了3D点云成面技术,便于设计人员发现规律,指导设计。论文涉及的关键技术研究包括：虚拟光学加密；光学薄膜的各种基本特性的计算(透射率、反射率、相移、电场分布、磁场分布、等效位相厚度等)；光学器件的建模仿真；文本、2D和3D多种结果展示；点云除噪和点云空洞插值等3D点云成面技术；利用多种优化算法如针法、遗传算法等算法优化已有膜系,以及利用松散耦合的MVCF框架实现系统的模块化开发。利用本文研究的几项相关技术,模拟了基于偏振光学器件的加密系统,结果表明,所提出的加密系统安全性较高、抗攻击性强；模拟仿真及优化设计了几种光学薄膜器件,获得比较理想的结果,并与相关文献的结果一致。