随着光通信、光存储和微光机电系统等众多领域向小型化、集成化方向发展，对衍射微光学器件的需求越来越广泛而迫切。当微光学器件的特征尺寸与入射波长可以比拟，传统标量衍射理论将不再适宜进行分析和设计，必须发展和应用严格矢量衍射理论。基于严格电磁理论，本论文主要研究利用电磁场时域有限差分(FDTD)方法对衍射微透镜的特性进行矢量分析；而且对于矢量设计这一亟待解决的世界前沿问题，进行了探索性研究。论文提出了一种设计衍射微光学器件的新方法，并通过模拟计算和实验测试验证了该方法的有效性和可行性。 利用FDTD方法严格求解光波与衍射微透镜相互作用的Maxwell方程组，分析光波垂直入射时器件的出射光场分布，包括透镜焦深和焦移与入射波偏振特性、透镜F数和透镜面型轮廓的关系，并与标量理论进行了比较。矢量理论计算发现，焦点位置明显移向透镜表面，呈快聚焦现象。分析了透镜面型量化阶次与透镜衍射效率的关系，进一步给出透镜衍射效率与透镜F数的关系，并指出当透镜F数小于1时，与标量理论分析结果明显不同。这些结论丰富了对衍射微透镜聚焦特性的认识。 基于严格电磁理论，提出并首次将迭代算法运用于矢量设计中，与搜索设计算法相比，这一改进显著地提高了收敛速度，缩小调用FDTD方法的次数超过一个数量级，并获得了更好的设计结果。利用该方法，最多只需20次矢量计算即可设计出分束比为2和3等多种衍射微光学器件，器件性能与标量理论分析结果有明显差别。是对矢量优化设计的一次有益尝试。 采用严格电磁理论，分析和设计具有不同轴向分辨率(长、短焦深)同时具有高横向分辩率的衍射微柱透镜。给出了F数为0.6，1.0和1.4三种透镜的聚焦特性。数值结果表明，通过设置不同的预置焦深可以设计出焦深增加3.4倍，和焦深缩短0.49倍的衍射透镜。该研究结果拓宽了微透镜的应用领域。 对二元亚波长衍射微透镜进行了初步研究，分析表明亚波长浮雕透镜较连续面型透镜对入射波的偏振特性更为敏感，而且更易于加工。 采用移动掩模工艺，国内首次在单晶硅基底上加工出工作波长10.6μm，口径160μm，焦距140μm，分束比为二的连续面型衍射微柱分束器。利用红外热像仪测试到该器件产生的两条分束焦线，与设计结果吻合很好，证明了设计方法的有效性。