本发明公开一种基于多次迭代的光学超晶格优化设计方法，具体步骤如下：对非线性过程中的目标图像进行菲涅尔衍射积分的傅里叶变换，得到菲涅尔全息图；将得到的菲涅尔全息图进行菲涅尔衍射积分的逆傅里叶变换，得到物平面像场图；将物平面成像图的振幅设置为目标成像图像的振幅获得改进之后的物平面像场分布；以上步骤为一次迭代过程。通过多次迭代过程，得到连续化相位全息图；将该全息图进行二值化处理，得到二值化相位全息图即光学超晶格结构函数。本发明可应用于多种非线性光学过程，在消除目标图像中的衍射干扰条纹、提高非线性成像质量方面具有重要的应用。