全息光学元件（holographic optical elements；HOE）是根据全息术 原理制成的光学元件。通常做在感光薄膜材料上。作用基于衍射原理，是一种衍射光学元件。不像普通光学元件，用透明的光学玻璃、晶体或有机玻璃制成，作用基于几何光学的折射、反射定律。全息光学元件主要有全息透镜、全息光栅、全息滤波器、全息扫描器等。

①全息光学元件是一种薄膜系统，所以具有重量轻的优点；②由于多个全息图可以记录在同一张底片上，所以可以得到空间重叠的全息光学元件；③成像特性随波长而变，所以有很大的色差；④由于是衍射光学元件，所以不能同时得到大视场和大出射光瞳；⑤不能单独提供一个系统的功用，比如望远镜全息图不能提供角放大率。

由以上的特点可以看出全息光学元件的优点和缺点，同时可以知道它不能完全代替一般的光学元件，只能与其同时用于光学系统中。通常全息光学元件用于单色光或窄光谱带的情况下较为优越。

全息透镜是通过两球面波相干涉或者一平面波与一球面波相干涉制得的全息图，有同轴和离轴两种类型。能会聚或发散光波，起到透镜的作用。实际上是菲涅耳波带片或变形了的菲涅耳波带片（见菲涅耳衍射）。有像差 ，产生的原因是记录媒质处理前后的形变、再现时的波长的改变及复位精度等。全息透镜也可以用计算机法制作 。有重量轻、造价低、易复制等优点。但像差较普通透镜大、色差不易克服。不能替代普通光学透镜，但可互为补充，完成一些特殊功能。HOE通常用于激光或准单色光的光学系统，如用作补偿光学系统像差的补偿透镜、大口径的准直物镜、大相对孔径的透镜等。多个全息图可记录在同一张全息干板上，一个HOE能具有多个普通光学元件的功能。如全息透镜同时具有成像和转像功能。有时需要实现透镜的分割组合，以便使一个目标产生多个分开的像，采用HOE容易实现这种功能。

全息光栅是两相干平面波干涉制得的全息图。与刻画光栅相比较，全息光栅不存在周期误差，因而不产生“鬼线”。有杂散光少、分辨率高、有效孔径大、适用光谱范围宽、便于制作等优点。除平面光栅外，还可制作凹面全息光栅。这种光栅不仅用于分光，同时兼有准直和聚焦能力。用于光谱仪中不用附加任何光学系统，便可产生光栅光谱。

全息图可记录特定波前的振幅和位相，通常具有复数透过率，可作为全息滤波器，用于相干光学信息处理系统中。置于空间频率平面，可改变输入频谱中各频率成分的振幅和位相关系。如在光学特征识别中用作匹配滤波器，实现相关识别。

全息扫描器是由照相法得到但大多数情况都是由计算机产生的全息图。通常是把一记录媒质分割成若干等分，每一小部分都是按所需要的两束相干光叠加而得到的全息图。再现时用一束已知的光照射全息图，同时按一定规律移动这个全息图，就会在预定的位置得到再现光，而且随着全息图的移动，再现光的方向不断改变着，所以也把它叫作全息光偏折器。