目前,折射式光学系统的二级光谱校正还存在很大问题,特别是红外光学系统,红外材料本来就很少,又缺少特种材料。二元光学元件具有独特的色散特性,它可以相当于一种特殊的红外材料,为二级光谱的校正开辟了新的道路。本论文研究了折/衍混合物镜消二级光谱方法、步骤,推导了三片型光学系统消二级光谱的焦距分配公式。针对长波红外光学系统(焦距100mm,谱段范围8~12μm,相对孔径0.5,全视场角7o),设计了复消色差系统。在折/衍混合光学系统的设计过程中采用ZEMAX与MATLAB软件相结合,避免使用传统的P-W法,成功的实现了折/衍混合系统二级光谱的校正,使系统的设计更简单,更方便。另外,本文通过设计分析不同焦距的系统,更全面的对传统光学系统和折/衍混合系统进行了对比分析。论文还从光学设计软件ZEMAX的二元光学面位相方程出发,分析和推导了二元光学的工艺参数,并用计算机模拟出二元光学面的面形,编制了适用于ZEMAX的二元光学工艺参数计算程序,为光学设计和加工提供了参考。分析了压力及温度变化对折/衍光学系统的影响,推导了压力变化对折/衍混合光学系统像面漂移的公式。温度变化时,衍射元件的热膨胀系数只是基体线性材料膨胀系数和像空间介质折射率及其对温度的导数的函数,与基体材料的折射率及其对温度的导数无关。并通过ZEMAX软件模拟,进行离焦分析。最后,本文介绍了二元光学元件制作的光刻技术和一些新的制作工艺,包括薄膜沉积法、激光束或电子束直接写入法和准分子激光加工法。分析了二元光学制作误差,包括线宽误差、对准误差和刻蚀深度误差对衍射效率的影响,并对本课题中的二元光学元件的衍射效率进行了估算。