精确制导导弹是现代化战争各军种作战的主武器,其中红外制导导弹是精确制导武器中的重要组成部分,具有高精度、被动探测性、低功耗、体积小等优点,在近年来受到广泛地关注和研究。红外导引头在红外制导武器中负责探测收集目标红外信息。衍射光学元件是基于光波衍射理论设计的一种现代光学器件,通过表面微结构进行相位调制成像,具有体积小、重量轻、色散独特、能消热差等优点。本文通过在红外导引头光学系统中引入衍射光学元件,实现系统轻量化、小型化、消色差、消热差的目的,并分析引入衍射光学元件对成像质量与杂散光影响。首先从红外导引头光学系统的总体设计出发计算光学系统参数。对比反射式、折射式和折反式结构类型的特点。选择R-C加中继系统的折反式二次成像光学系统结构,该结构能够有效压缩光学系统的尺寸,并可以实现冷光阑效率100%。求解光学系统无热化方程,通过绘制了中波红外材料T-C图,选择中继系统的材料。经优化后设计了一种工作波段3μm～5μm,在-40～60℃工作的无热化传统光学系统,中继系统有4片镜片。然后在中继系统增加衍射光学元件,实现了中继系统减少了一个透镜和一个非球面的折衍混合系统,成像质量较好,实现了消色差和被动无热化。对比传统折反光学系统与折衍混合光学系统,折衍混合系统的系统长度压缩了20%,透镜数减少了一个,成像质量与无热化效果均达到设计要求。对于光学系统的外部杂散光抑制方法,设计了外遮光罩、主镜内遮光罩、中间像面视场光阑的机械结构,并设计消光螺纹和内壁喷涂黑漆等抑制杂散光措施。用TRACEPRO软件计算点源扩散比,证明通过以上措施能有效抑制光学系统的外部杂散光。然后分析增加衍射光学元件引入的高级次杂散光,用标量衍射理论结合光栅方程的方式,分析了非中心衍射级次的杂散光能量和方向分布特征。证明衍射效率降低会影响光学系统成像质量,研究衍射效率对光学系统MTF的退化模型,分析衍射元件深度加工误差和周期加工误差对衍射效率的影响。