本发明公开了一种光学相位器件及其应用方法和系统。该光学相位器件，包括透明电介质基底、多层介质材料层和介质缓冲层，透明电介质基底、多层介质材料层和介质缓冲层的折射率均大于外部介质的折射率；对于入射光束的工作波长，该光学相位器件在角度区间[α，β]内具有相位变化，该光学相位器件在与介质缓冲层相邻的外部介质和介质缓冲层的交界面处发生全反射的全反射临界角为γ，γ＜β；在该光学相位器件工作时，该光学相位器件的反射率曲线平坦。本发明的光学器件可同时具有低损耗和大相位变化，从而具有大古斯汉欣位移。作为色散补偿元件，可产生较大且可调谐的色散量，可通过调整工作角度或调谐结构参数，获得不同的色散补偿量。