深空探测源于人类认识和了解宇宙的渴望,对维护地球安全、开发空间资源和推动科技革新等具有重要意义。成像光谱仪可同时获得目标的光谱信息和空间信息,是国际上多个深空探测任务的重要载荷。成像光谱仪的轻小型、宽波段和高分辨等要求是实现遥远目标星体表面探测任务的关键所在,设计和研制高性能和紧凑型成像光谱仪对深空探测技术的发展具有重要的研究意义和应用价值。根据深空探测载荷的应用需求和总体技术要求,论文分析确定成像光谱仪光学系统的指标参数。为满足深空探测光学系统紧凑性的要求,分光成像系统基于共光路Offner结构进行设计,可见和红外通道共用主镜、凸面光栅和三镜。结合太阳辐射特征曲线对核心光学元件分区凸面光栅的衍射效率进行分析,优化确定光栅分区面积和各区域的闪耀角,实现宽波段范围内的高衍射效率,改善系统的光谱响应。通过光线追迹,分析可见和红外通道的叠级干扰,研究其抑制方法。根据设计结果研制原理样机并进行性能测试,验证系统的指标参数。本文的相关工作为适于深空探测紧凑型可见-红外成像光谱仪的设计和研制奠定基础。