随着空间光学的不断发展、空间光学系统的分辨率不断提升，光学系统的口径尺寸不断增大已经成为必然趋势。为了解决口径增大带来的研发、部署成本增加、可行性降低等问题，衍射型空间光学系统成为主要的解决方案之一。通过将加工在轻薄基底上的衍射光学结构作为光学系统的大口径入瞳，可以构成衍射空间光学系统。与传统反射式空间光学系统相比，衍射系统通过平面或近似平面的二维结构实现光线的收集和汇聚，并且可以通过拼接、折叠、展开轻松实现口径的扩展，进而获得非常高的分辨能力并有效减小光学系统质量、降低空间应用成本。同时，衍射光学元件还具有复制加工效率高、面型误差敏感度较低的特点，是目前空间光学应用的热门探索方向和重要研究内容。　　光子筛是一种类似于菲涅尔波带片的衍射光学元件（结构），它利用伪随机分布的离散筛孔对光场进行调制并聚焦成像。相比于菲涅尔波带片，光子筛具有超越加工极限的分辨能力、更好的旁瓣及边缘散射抑制能力以及更加灵活的设计自由度。因此，光子筛在空间光学中的应用极具潜力。将光子筛应用在空间光学系统之中，可以将空间衍射系统的优势进一步提升。　　光子筛在空间光学中的应用目前尚处于尝试和探索阶段，在工程实践中遇到的诸多新问题，仍未得到解决。本文从光子筛入手，结合其空间光学应用过程中的实际特点、遇到的实际问题展开系统深入的研究。本文的主要内容以及取得的创新性成果如下:　　1.为了实现光子筛光场的高效计算与分析，本文从数值傅里叶方法入手，详细讨论了其在衍射光场分析中的适用情况及使用方法;结合光子筛的微结构特点，对光子筛的衍射光场进行了计算机数值仿真，通过仿真与理论的对比分析，证明了该方法具有准确、实用和直观的特性;综合分析了光子筛的聚焦模型，并给出了光子筛用于不同近似程度下的仿真结果，通过对模型运算结果的对比，得到了不同模型的运算效率及特点。　　2.为了解决光子筛零阶衍射背景光对成像清晰度的影响，本文设计加工了传统振幅型光子筛并进行了成像实验及分辨率检测，同时发现了零阶衍射背景光对成像清晰度的影响;通过成像模型的重新规划、筛孔微结构的重新设计，给出了倾斜入射光子筛的设计方法;通过理论和实验证明了倾斜入射光子筛可以有效控制光子筛成像中的零阶衍射，提高成像区域的对比度和清晰度。　　3.为了研究大口径光子筛在空间应用中涉及的应用误差，本文对大口径光子筛的应用误差进行了系统的讨论，将其分为固有误差、系统配合误差、平面拼接误差和温差误差;根据系统对光子筛波前差的要求，给出了光子筛固有误差、系统配合误差的理论计算方法，并根据特定波前差给出了光子筛各部分实际公差要求;提出了离散波前仿真方法用以评估大口径光子筛以及类似衍射元件的平面拼接误差和温差误差;给出了根据波前图样指导拼接的方法。　　4.为了拓宽光子筛空间成像系统的应用带宽，本文利用场镜及共轭位置的校正衍射元件实现了光子筛入瞳光学系统的色差补偿设计，将光子筛衍射成像的应用带宽扩展至200nm;给出了一种光子筛入瞳的消色差空间成像系统设计并对其可行性及成像仿真结果进行了讨论。　　本文的研究方法、得到的理论、实验结果和结论可做为光子筛在空间光学中的应用提供科学依据和技术指导。