光子筛的构造是由菲涅尔波带片构造演变而来,用透光的小孔来取代菲涅尔波带片中透光的环带。光子筛具有很高的光学成像质量。同时,光子筛相比传统光学透镜而言,光子筛对面型精度要求更低,这大大节约了制造成本。然而,光子筛具有强烈的色散效应,虽然对设计波长能达到良好的像质,但对其他波长的光无法在同一焦平面上会聚成像点,色差非常大,导致光子筛主镜成像系统的有效工作波段非常窄。本文对光子筛的成像特点做了研究和分析,并研究设计了以光子筛为主镜的成像系统。目的在于提高光子筛成像的有效工作波段和视场。首先,对光子筛的成像过程建立了数学模型,并基于标量衍射理论,利用相关的数学知识和数学近似推导出了光子筛成像的数学公式,并进一步推导出在平行光入射(理想情况)的成像公式。同时,利用了辐射度学的相关知识,论证并推导出了本文中要设计的光子筛主镜的各项参数,并使用Matlab数学软件进行了设计和仿真。而且,编写程序研究了光子筛的成像特点。研究发现,光子筛对单波长有着良好的成像性能,有着很高的光能集中度。光子筛成像对高级次的衍射级次有着明显的抑制作用,光能绝大部分集中在第一级次中。光子筛对多波长成像时,有着严重的色散效应,色差非常大。其次,为了校正光子筛成像的色差,扩大光子筛成像的有效波段。基于美国空军学院提出的校正光子筛色差的方案,本文提出了Schupmann消色差系统的解决方案,并推导了Schupmann消色差系统的数学成立公式,同时确定了消色差系统光路的结构。并且讨论在设计消色差光路中二级校正器的一些细节和问题。利用Matlab对光路中的二级校正器做了仿真分析,并给出了设计完成后二级校正器的各项参数。之后,在Zemax软件中,用平面先代替透镜形状对光子筛成像的初始情况作了设计,为之后的具体设计做一个简单的参照。最后,利用Zemax软件对实际系统做了仿真。由于Zemax软件中没有光子筛的模型,所以必须在Matlab软件中将光子筛提前设计好,然后通过一系列的步骤将光子筛导入到Zemax软件中。同时利用光学设计的相关知识,选择合适的玻璃类型,设计消色差光路,最后将光子筛主镜和消色差光路综合起来进行反复优化,最后完成设计。