二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是 光学与微电子技术相互渗透、交*而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点， 并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生 物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。二元光学于20世纪90年代初在国际上兴起研究热潮，并同时引起学术 界与工业界的极大兴趣及青睐。
随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。诸如微透镜阵 列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。微 光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等 新功能。
光学是一门古老的科学。自伽利略发明望远镜以来，光学已走过下几百年的漫长道路。60年代激光的出现，促进了光学技术的迅速发展，但基于折反射原理 的传统光学元(器)件，如透镜、棱镜等人都是以机械的铣、磨、抛光等来制作的，不仅制造工艺复杂，而且元件尺寸大、重量大。在当前仪器走向光、机、电集成 的趋势中，它们已显得臃肿粗大极不匹配。研制小型、高效、阵列化光学元件已是光学界刻不容缓的任务。 80年代中期，美国MIT林肯实验室威尔得坎普(Veldkamp)领导的研究组在设计新型传感系统中，率先提出了“二元光学”的概念，他当时描述道：“ 现在光学有一个分支，它几乎完全不同于传统的制作方式，这就是衍射光学，其光学元件的表面带有浮雕结构；由于使用了本来是制作集成电路的生产方法，所用的 掩模是二元的，且掩模用二元编码形式进行分层，故引出了二元光学的概念。”随后二元光学不仅作为一门技术，而且作为一门学科迅速地受到学术界和工业界的青 睐，在国际上掀起了一股二元光学的研究热潮。
二元光学元(器)件因其在实现光波变换上所具有的许多卓越的、传统光学难以具备的功能，而有利于促进 光学系统实现微型化、阵列化和集成化，开辟了光学领域的新视野。关于二元光学概念的准确定义，至今光学界还没有统一的看法，但普遍认为，二元光学是指基于 光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成(VLSI)电路制作工艺，在片基上(或传统光学器件表面)刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结 构，形成纯相位、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。它是光学与微电子学相互渗透与交*的前沿学科。二元光学不仅在变革常规光学元件，变革传 统光学技术上具有创新意义，而且能够实现传统光学许多难以达到的目的和功能，因而被誉为“90年代的光学”。它的出现将给传统光学设计理论及加工工艺带来 一次革命。二元光学元件源于全息光学元件(HOE)特别是计算全息元件(CGH)。可以认为相息图(Kinoform)就是早期的二元光学元件。但是全息 元件效率低，且离轴再现；相息图虽同轴再现。但工艺长期未能解决，因此进展缓慢、实用受限。二元光学技术则同时解决了衍射元件的效率和加工问题。它以多阶 相位结构近似相息图的连续浮雕结构。二元光学是微光学中的一个重要分支。微光学是研究微米、纳米级尺寸的光学元器件的设计、制作工艺及利用这类元器件实现 光波的发射、传输、变换及接收的理论和技术的新学科。
微光学发展的两个主要分支是：
(1)基于折射原理的梯度折射率光学，
(2)基于衍射原理的二元光学。
二 者在器件性能、工艺制作等方面各具特色。二元光学是微光学领域中最具活力、最有发展潜力的前沿学科分支。光学和电子学的发展都基于微细加工的两个关键技 术：亚微米光刻和各向异性刻蚀技术。微电子学推动了二元光学学科的发展，而微电子工业的进步则得益于光刻水平的提高。此外，二元光学技术的发展又将促进微 电子技术的发展与提高。例如，目前在大规模集成电路的制作中所采用的移相模版和在制作光纤光栅中所用的相位模版也都是建立在二元光学的基础上的。二元光学 技术一经提出就吸引了—些技术发达国家的注目，引起了各研究机构、大学及工业界的极大兴趣，并被MIT林肯实验室称为振兴和发展美国光学工业的主要希望， 可见其在整个光学领域的意义。二元光学能获得如此迅速的发展，除由于具有体积小、重量轻、容易复制等显而易见的优点外，还由于具有如下许多独特的功能和特 点。
