衍射光学元件自身具有许多优点使得它广泛地应用于各种光学系统或微光机电系统中。各种衍射光学元件目前已成为光通讯和光互联中的关键元件,对它们的性能分析和设计具有重要的理论意义和应用价值。本文一方面通过设计多功能的衍射光学元件,首次实现在多个方向角上滤波。数值模拟了任意方向对所选取任意波长进行滤波以及任意方向上选定波谱段的合成。即实现多角度单波长的滤波和波谱段的合成。另一方面,我们研究了长焦深衍射光学元件加上可变π相位片产生的空心光束的光学特性,通过对各种参量的考察,分析并比较了不同半径的π相位片加上三种长焦深公式下的可调空心光束的光学性能。主要内容可以归纳为以下几个方面:(1)回顾了衍射光学的发展概况。简单介绍了衍射光学元件(DOE)相对于传统光学元件的优势,以及DOE在各个领域的广泛应用和前景。(2)简单介绍了基本的衍射理论,包括矢量衍射理论和标量衍射理论。着重叙述了标量衍射理论和公式,以及格林函数近似方法和边界场近似力法。对基于标量衍射理论的常用优化算法做了进行了简单的陈述。(3)采用共轭梯度算法和菲涅尔公式,创造性地设计出所需的衍射光学元件,实现了单波长滤波同时进行了空间分离;实现了波谱合成滤波及波谱空间分离。(4)分析了长焦深透镜加上可变π相位片的光学特性。比较了普通透镜加上可变π相位板与长焦深透镜加上可变π相位片之间光学特性的差别。分析了在三种不同的长焦深公式下,长焦深透镜加上可变π相位片组合所获得空心光束的光学特性的改变。总之,相对于传统光学元件,衍射光学元件具有很多优点。设计与制作衍射光学元件,能够实现传统光学元件难以达到的很多新颖功能。