随着近代光学的快速发展和光学制造技术的进步,微型化、集成化、多功能化逐渐成为光学元件的重要发展方向,而阵列光学元件以其体积小、重量轻、集成度高等优势越来越受到科研工作者重视。本文基于阵列光学元件的光学特性对阵列光学元件进行设计,将其应用到成像和非成像光学系统当中,并采用超精密加工技术对设计阵列光学元件进行切削加工。首先是对阵列光学元件的设计与加工理论基础的介绍。分析了阵列光学元件的光线理论以及阵列光学元件光束均化器的均光原理,为后期设计做好理论基础。同时详细阐述了阵列光学元件的加工技术,分析讨论在实际加工阵列光学元件过程中可能遇到的困难。其次实现了对阵列光学元件的设计,分为三部分内容:一是基于阵列光学元件的特点分别设计出圆形孔径矩形排布阵列光学元件以及正方形孔径阵列光学元件,并用Matlab软件进行验证;二是将圆形孔径矩形排布阵列光学元件应用于电子内窥镜中,应用光学软件Zemax设计出一款全视场为110°的高清电子内窥镜物镜光学系统,该系统的光学调制传递函数在120lp/mm处为0.36,接近衍射极限,满足医疗使用的要求;三是将正方形孔径阵列光学元件应用于激光光束整形器当中,在保证能量传输效率的同时,将分布不均匀的高斯光束整形为平顶矩形光束,将光束的不均匀性控制在7%以内,充分发挥阵列光学元件均光特性的同时扩大了激光光束的应用范围。最后采用超精密单点金刚石车削技术快刀伺服控制系统实现对阵列光学元件的加工,通过探针式轮廓仪和白光干涉仪对加工工件的检测,得到阵列单元边长为4.165mm,矢高平均值为0.145mm,表面粗糙度小于10nm,表面轮廓与理论值基本吻合。