随着光电技术的发展,光机电一体化成为趋势,要求光学系统做到集成化、阵列化、小型化,二元光学元件以其独特的性能受到青睐。由于双层二元光学元件不仅拥有单层二元光学元件重量轻、独特的色散性能等优点,而且可以在宽光谱范围内达到较高衍射效率,它代表了二元光学元件或者是衍射光学元件的一个重要发展方向。本文基于标量衍射理论,详细介绍了单层二元光学元件衍射效率、双层二元光学元件衍射效率与波长的关系。双层二元光学元件可以在宽光谱范围内达到高衍射效率,但它的加工误差和装调误差比较复杂。本文讨论了在加工双层二元光学元件时可能产生的台阶高度误差、周期误差、套刻误差对双层二元光学元件衍射效率的影响。环带面倾斜误差、中心对准误差、片层倾斜误差对双层二元光学元件衍射效率的影响很大,但国内外尚无报道,本文分别将含这三种误差的双层二元光学元件转化为透过率函数,再将其进行傅里叶变换,在系统分析误差对双层二元光学元件衍射效率影响的核心问题上进行了尝试。建立了一个综合误差分析模型,能够实现多种误差自动融合分析,为后续开展双层二元光学元件的研究提供了技术支撑。分别设计了一款含单层和双层二元光学元件的光学系统。对比分析表明:含双层二元光学元件的光学系统在宽光谱范围内的衍射效率理论上可达99%,考虑各种加工和装调误差,衍射效率可达96.8%;而单层二元光学元件的光学系统衍射效率理论上只能达到89.6%。