衍射光学元件（Diffractive Optical Elements) 简称 DOE， 又称二元光学器件，主要用于激光束整形，比如均匀化、准直、聚焦、形成特定图案等。
主要应用包括激光光束整形（如激光加工、医疗、成像系统、传感器，圆形或方形平顶光束整形，矩阵、栅格、线形、圆形图案整形）和用作天文学中的相位器件。典型应用描述如下：
1. 在科研中应用：
* 掺钛蓝宝石的泵浦光整形：衍射光学器件(DOE)将泵浦光YAG激光、倍频光束变成均匀的平顶光束，以免损坏掺钛蓝宝石晶体。
* 腔内激光束整形：衍射光学器件(DOE)作为腔内相位镜将前放光束整形为均匀方形光束（*I*兆焦耳激光工程中已经使用）。
* 飞秒激光束整形：掺钛蓝宝石飞秒激光光束整形以优化非线性效应。
2. 在医疗中应用：
* 对去皱纹的Er: G*ass激光束整形：衍射光学器件(DOE)将光束分成多个均匀光点进行治疗。
* 对治疗血管损伤的KTP激光束整形：衍射光学器件(DOE)使光束在治疗区均匀扫描。
* 对治疗眼角膜的准分子激光束整形：衍射光学器件(DOE)将光束变成完美的高斯光束以保证极高的治疗精度。
3. 在激光加工中应用：
* 焊接：衍射光学器件(DOE)将CO2激光光束变成圆环形均匀光束以便将能量分布在两个焊接器件上。
* 切割：衍射光学器件(DOE)将Nd:YAG或CO2光束变成完美的高斯光束以保证极高的切割精度。
* 热处理：衍射光学器件(DOE)将Nd:YAG,CO2或准分子光束变成均匀分布的平顶光束以便均匀加工。
* 打标：衍射光学器件(DOE)将Nd:YAG或准分子光束变成均匀分布的平顶光束以便控制标记深度与宽度。
4. 在天文学中应用：
* 大气扰动模拟相位片：二维编码相位图模拟大气扰动的空间分布。
* 多个望远镜镜片相位调整：相位传感器与模拟器以便准直多个大型望远镜镜片。
* 行星探测：日冕观测仪掩膜以减弱恒星高亮度光来观察邻近的行星。
* 成像系统的像差矫正相位片：菲涅耳衍射透镜矫正天文成像仪的像差。
