采用双层Kinoform型衍射光学元件，设计了一种能够同时在红外中波(MWIR)3~5 μm和长波(LWIR)8~14 μm波段内工作的双波段光学系统。系统仅使用两种材料（ZnS和ZnSe）和四片透镜，实现了焦距100 mm、F数1.2的长焦距、大相对孔径光学系统设计。通过数值仿真运算，合理地选择双层衍射光学元件的两种基底材料及设计波长，衍射光学元件的带宽积分衍射效率超过96%。系统像差得到了很好的校正，成像质量良好，中波所有视场调制传递函数(MTF)(14.3 lp/mm)大于0.7，长波大于0.65，且接近衍射极限，同时分析了衍射效率对系统MTF的影响。最后利用Matlab软件绘制了衍射表面微结构仿真图，两个衍射面的最大闪耀深度分别为179.3 μm和159.4 μm，最小特征尺寸为1.41 mm，完全满足目前金刚石车削工艺的加工要求。

考虑到消像差和消热差，在谐衍射的基础上提出了双层谐衍射透镜的概念.采用Ge和AMTIR I两种红外材料组成的三片式折衍射混合结构设计了工作于3~5 μm和8~12 μm双波段、F/#为1.2的大相对孔径红外消热差光学系统.该系统在(－40~+60)℃范围内性能稳定，适用于像元尺寸25 μm，像元数640×480的凝视式双波段焦平面阵列探测器，可在2 km时分辨3 m范围的目标.它既保留了普通衍射透镜的独特性能，又可以在一系列分离的波长处获得相同的光焦度，且大幅度提高各波段的衍射效率.

设计了工作于3~5 μm和8~12 μm双波段、F数为1.2的大相对孔径的红外消热差光学系统。该系统全视场角为22°,有效焦距为50 mm，系统总长78 mm。系统采用锗和AMTIR I(Ge、As、Se混合材料)两种材料,为三片镜结构。通过引入双层谐衍射元件，大大提高了衍射效率，减小了色差，并使系统重量减轻。系统在-40 ℃~60 ℃的温度范围内性能稳定,适用于像元尺寸为25 μm，像元数为640 pixel×480 pixel的凝视式双波段焦平面阵列探测器。设计结果表明：当探测器的尼奎斯特频率为20 lp/mm时，温度取不同值时的调制传递函数(MTF)值均大于0.5，成像质量良好，实现了消热差设计。可在作用距离为2 km时，分辨3 m范围的目标，满足**侦察的需求。