光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制，在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类，其中几何光学方法由于忽略了衍射效应，导致一些情形下的光束整形效果不够精细，但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件，同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法，然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展，最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。

衍射光学元件作为一种典型的微光学元件，其体积小、质量轻、设计自由度多、成像质量良好，在光学成像、光学数据存储、激光技术、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着现代光学系统的不断发展，对衍射光学元件的加工效率和制备精度提出了更高的要求。激光直写技术凭借加工精度高、工艺简单、灵活性好等优势，成为制备高精密仪器中关键光学元件所必需的一种加工方式。针对不同的加工需求，开发了多种激光直写系统，并在应用过程中不断地改进升级。另外，突破衍射极限的飞秒激光微纳结构制造技术，能够获得更高的加工精度和更好的分辨率，为微光学元件的制备提供了新的方法。首先介绍了激光直写技术的特点；其次综述了衍射光学元件直写加工技术的研究进展，包括直写技术的影响因素、激光直写系统和多光束加工技术；接着介绍了衍射光学元件的典型应用，如红外成像、色差校正、光束整形、图像显示；最后，对激光直写技术制备衍射光学元件存在的问题和未来发展趋势做出了总结。

紫外像增强器在电晕检测、战略**、科学研究等领域具有广泛的应用，但由于与其配合使用的紫外光学镜头可用材料匮乏，存在色差校正困难等问题，难以满足宽光谱应用需求。论文分析了单层衍射元件和双层衍射元件在宽波段紫外光学系统中的适用性，并各设计了一套宽光谱、高分辨率的紫外光学系统。单层衍射紫外光学系统的工作波长范围为230 nm~280 nm，在截止频率60 lp·mm^?1处调制传递函数（MTF）值优于0.47；双层衍射紫外光学系统的工作波长范围为200 nm~400 nm，在截止频率60 lp·mm^?1处MTF值优于0.49。设计结果表明：衍射元件能够有效校正紫外光谱色差，与现有宽光谱紫外系统相比，该文设计的光学系统为中继成像系统，并且具有更宽的紫外光谱范围与更高的成像分辨率。

从衍射光学元件的基本原理出发，围绕连续波和脉冲波两大应用领域，综述了国内外基于衍射光学元件实现共孔径相干合成的研究进展。在国内，上海光学精密机械研究所分别实现了连续光和脉冲光的合成，连续光实现了206 W的输出功率，光束质量1.38，合束效率29.6%；脉冲光实现了峰值功率1.02 kW，重复频率2.2 MHz的ns级脉冲相干合成光束，合束效率61%。在国外，连续光方面实现了5 kW量级的合成光输出，合束效率82%；脉冲光方面实现了平均功率150 mW，重复频率100 MHz的fs级脉冲相干合成光束，合束效率83.4%。最后对基于衍射光学元件的激光相干合成技术的未来发展做出了展望，相信在不久的将来，基于衍射光学元件的相干合成技术会不断发展，逐渐突破技术瓶颈，从而为更多的应用领域奠定坚实基础。

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面，但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能，需要精确控制其车削误差。基于此，分析了影响衍射元件加工质量的因素，建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型，揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数，指导车削刀具半径的选取。最后，基于仿真结果，选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工，最终加工的衍射元件面形误差为292 nm，衍射环带位置误差最大为55 nm，高度误差最大为16 nm，粗糙度为5.6 nm。实验结果表明，该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取，有利于提高光学系统的成像质量，为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。