在红外光学系统中，衍射光学元件的设计及加工已经非常成熟了。普通衍射光学元件（Diffractive Optical Element，简称DOE）具有负色散和负热差特性，利用该特性可以进行光学系统消色差和消热差设计。任何事物都具有两面性，DOE的大色散性同时也使得它在宽波段上不能很好地应用，DOE必须配合折射元件才能共同消色差，使得光学系统结构变得复杂，体积和重量都有所增加。谐衍射光学元件（Harmonic Diffractive Optical Element，简称HDOE）针对DOE在宽波段上的大色散问题作出了改进，将其用于红外双波段光学系统中，可以简化光学系统的结构、减小光学系统的体积和重量、降低工艺难度。同时，HDOE的应用在理论上解决了DOE在宽波段上的色散严重和衍射效率低下的问题。本文首先介绍了DOE以及红外双波段光学系统的研究现状。然后从理论上推导研究了HDOE的相位特性、成像特性以及衍射效率等。在此理论基础上，我们给出了红外双波段光学系统的设计原理和具体实现步骤。由此步骤做指导，在一个三片透镜的红外光学系统中加入了谐衍射面，利用谐衍射使用不同衍射级次的特点，实现了红外中波4m在+5级衍射和10m+2级衍射两个红外波段的谐振共焦成像。谐衍射面的加入使得系统在成像质量满足系统要求的前提下，增加了衍射面的最小加工线宽，和其微结构的加工深度，降低工艺难度。