空间引力波探测太极计划采用迈克尔逊干涉测量原理来构建甚长基线的激光干涉引力波探测器,通过对甚长基线两端测试质量之间位置变化的精密测量,来实现对引力波信号的探测,其最终目标是要在0.1 m Hz至1 Hz频率范围内实现pm级分辨率的引力波信号探测。而空间引力波探测望远镜是空间引力波探测器的关键部件之一,是实现构建甚长基线（300万公里）的激光干涉链路的核心。对于空间引力波探测望远镜而言,在甚长基线下实现如此高的探测精度存在两项核心技术难题:一是望远镜光机结构需要满足超高探测分辨率对干涉链路稳定性,尤其是望远镜尺寸稳定性带来的严苛要求;二是由于300万公里的干涉臂长会导致激光干涉链路存在极端的信噪比,这就要求望远镜必须具有极低的杂散光水平。为实现上述两项技术难题的突破,就必须对望远镜的光机结构设计、尺寸稳定性测试方法和精确杂散光分析进行全面系统的研究。针对上述问题,本文的主要研究工作如下:首先,确定了空间引力波探测望远镜样机的指标数据。通过对离轴四反光学系统的仿真分析,明确了现有光学设计方案的合理性,并基于公差分析结果完成了光机系统的指标分配。同时开展了望远镜后向散射杂光对相位测量影响机理的研究,得到了点源透过率（Point Source Transmittance,PST）,并基于该指标提出了望远镜各光学表面粗糙度和环境洁净度的控制要求。其次,确定了空间引力波探测望远镜样机的整体设计方案,并对光机结构进行了详细的优化设计。本文提出了一种基于三维等效刚度模型的反射镜轻量化设计方法,完成了轻量化反射镜模型的全参数化建模。仿真结果表明三维等效刚度模型与详细建模之间的误差率在12%以内,可以很好地反映轻量化望远镜结构特性。同时,基于柔度理论,结合重力、装配误差和基频对支撑结构的要求,采用参数化建模方法,完成了主镜柔性结构的设计。此外,基于拓扑优化与参数优化的设计方法,完成了望远镜Invar型和SiC型主支撑框架的设计。然后,对Invar型望远镜和SiC型主支撑框架进行样机建造并开展了常规性能测试。测试结果表明Invar型望远镜整机一阶自由模态频率为228 Hz,出瞳处波前误差RMS为76 nm,SiC主支撑框架一阶自由模态频率为504 Hz。同时搭建了基于激光外差干涉原理和零差光纤干涉原理的尺寸稳定性测试系统,分别对望远镜光程稳定性影响最大的Invar型和SiC型主支撑框架进行了室温下的尺寸稳定性测试。并利用试验数据验证了SiC型主支撑框架数值模型的可靠性,结合空间热环境分析,得到了SiC型主支撑框架在轨时的尺寸稳定性预测结果。该结果显示,当温度波动频率范围在[20 m Hz,1 Hz]区间内,尺寸稳定性优于1 pm/Hz1/2。最后,研究了各反射镜光学表面粗糙度散射的有效频段,并实测了各光学表面粗糙度。同时,借助杂散光数值模型分析了Invar型望远镜在现有加工状态下的系统PST值(2.86×10-7)并转换得到了相位噪声（38.0765 pm）。此外,还基于损伤方程和Peterson划痕模型建立了光学表面受微流星体损伤后的BSDF模型,实现了对望远镜在轨的杂散光性能变化的预测。结果显示望远镜在其服役10年内PST变化水平不超过5×10-12。本文针对空间引力波探测望远镜的两项关键技术,综合考虑的望远镜的波前误差、尺寸稳定性以及杂散光水平,并通过样机性能试验,在很大程度上验证了相关技术的可行性。对于开展空间引力波探测望远镜的研究,本文具有广泛的借鉴意义和参考价值。