本发明公开了一种斜入射时双波段红外多层衍射元件的优化方法，其步骤为，在双波段工作波段范围内，获得多层衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率；基于带宽积分平均衍射效率，计算在入射角范围内对应的角度‑带宽积分平均衍射效率并确定最佳波长；将确定出的波长带入计算得出多层衍射光学元件的微结构高度数值，其衍射效率能够满足斜入射情况下双波段内均有高的衍射效率，且衍射微结构高度均小于传统设计方法下多层衍射光学元件衍射效率，完善了多层衍射光学元件设计理论，并能够实现多层衍射光学元件的优化，可实现斜入射时双波段多层衍射光学元件的角度‑带宽积分平均衍射效率最大化设计，解决了设计中优化设计波长的选择问题，便于推广和使用。