自上世纪八十年代以来,衍射光学的发展为传统光学系统的研究注入了新的活力。基于此设计的衍射光学元件具有精密三维浮雕结构,可以对入射光波波前自由调制,具有区别于传统折射、反射元件的特殊色散性质,且体积轻薄,易于批量复制。鉴于衍射光学元件的优良特性,科学家将其与折射、反射光学元件创造性结合,形成折衍混合光学系统。如此一来,显著改善了传统光学系统的成像质量,简化系统内部结构,缩小其体积,推动光学系统进一步朝着微型化方向发展。折衍混合系统在可见光及红外光波段都得到了广泛应用。衍射光学元件作为一种成像光学元件,成像色差强弱和宽谱衍射效率的高低直接影响其投入应用的可行性和应用前景。传统单层衍射光学元件色差较大且偏离主波长后衍射效率大幅降低,具有严重的波长依赖性。谐衍射光学元件能够有效消除色差,但同样无法实现宽波段内高衍射效率。多层衍射光学元件可实现宽谱范围内较高的衍射效率,但是其色差较大,仍无法单独成像,需要与折射透镜配合使用。所以,如果能研制出衍射效率高且可消色差的新型衍射光学元件,使其在宽波段内可以单独使用,并且获得良好的成像效果,将极大地推进衍射光学元件在光学成像领域的应用。因此,本文参考现有衍射光学元件的成像特性,设计并提出了一种新的衍射元件—多层谐衍射光学元件,并进一步探索尝试其加工制备工作:基于谐衍射光学元件和多层衍射光学元件两者单独具有的消色差能力和宽谱成像特性,文章中提出了一种兼具二者优良性能的多层谐衍射光学元件。首先,采用谐衍射高级次设计使成像波段内的三色谐振波源（625nm、469nm、375nm）实现相同光焦度,消除部分色差。然而此时的衍射元件不适用于宽波段成像,且容易受到级次间杂散光的影响。通过材料匹配方法选择合适液体材料进行填充,使得整体衍射效率达到90%以上,获得了高衍射效率、宽波段成像的多层谐衍射光学元件。利用飞秒激光直写技术加工衍射光学元件,针对飞秒激光直写系统的调焦精准度问题,设计了一种在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术。通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致,从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态。利用zemax软件模拟分析证明该方法的可行性。分析该过程的成像误差主要由成像镜头焦深（3.9μm）引起,通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5μm（接近1/2焦深）范围以内,与理论分析一致,满足加工精度要求。利用校准调焦方法后的系统加工了单层及谐衍射光学元件,对其成像特性进行测试,进一步探究多层谐衍射光学元件的加工制备工艺。