基于光波的衍射理论发展起来的现代衍射微光学技术,是微电子与微光学相互交叉、渗透而形成的前沿学科。衍射微光学元件具有体积小、重量轻、易复制等特征,在诸如光纤通信、微光机电系统及国防军事等众多领域有着广阔的应用前景。本文在研究可见光、红外和THz等频域的衍射微光学元件的设计和制作所需要的基础理论、基本方法的基础上,针对图像仿真、图像隐身、图像加密和多谱光束整形等开展了较为深入的研究。主要研究工作可归纳如下:(1)根据光波的基尔霍夫标量衍射理论,阐述多谱衍射微光学元件的算法设计所需要的基础理论;(2)利用{100}晶向的硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀特性,通过控制衬底上的掩模开孔大小和位置,KOH腐蚀液的浓度和温度以及腐蚀时间,得到具有预定深度的衍射相台阶结构;(3)针对不同谱段的光波特性和多谱图像目标仿真需求,通过单步光刻以及双步KOH湿法腐蚀方法,制作出了衍射微光学元件,并对实验结果进行了分析和讨论;(4)基于图像目标隐身的要求,设计了用于图像隐身的衍射微光学位相结构,实现了图像目标隐身的模拟计算;(5)基于衍射微光学理论的数据加密和图像信息隐藏技术,设计了衍射微光学相位加密结构,对设计实例进行了分析和讨论;(6)发展基于现代衍射微光学的光束整形方法是现代波前校正领域中的热点研究问题,本文设计出可用于多种波前变换的衍射微光学元件。