自从20世纪80年代后期MIT Lincoln实验室的Veldkamp提出二元光学概念以来，现代衍射光学经过二十多年的发展，已进入比较成熟的阶段，不仅发展了多种优化设计方法如模拟退火法、遗传算法等，而且衍射光学元件的制作方法和工艺也因为微细加工技术的完善而不断进步，加工精度不断提高，例如电子束直写，其线条最小可以达到50nm。这些新的优化设计方法和更精细加工技术的出现带来了将衍射光学元件应用于更多领域的研究热潮。本文就是在这种背景下，针对激光雷达和ICF系统中的等离子体诊断两种不同领域对衍射光学元件的应用需求，对其设计方法进行了探索。 为了弥补微脉冲激光雷达系统中使用施密特—卡塞格林望远镜带来的能量利用率低、回收信号干扰大以及对元件损伤阈值要求较高的缺点，首次设计出将高斯光束整形为环形光束的衍射光学元件，其有效孔径为24mm×24mm，并在设计中创新性的利用边缘位相校正法对设计的衍射光学元件进行校正，从而得到了较为理想的整形结果。 针对惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion—简称ICF)系统中测定等离子体参数的需要，探索了衍射型轴锥镜(Axicon)实现长焦深的聚焦特性和设计方法，用于解决由于擦靶带来的无法测量近靶面等离子体参数的问题。