光通信系统具有通信容量大、保密性能好、功耗相对较低、灵活性强等多方面的优点,被广泛应用于空间光通信中。随着天文望远镜系统研究的发展以及对深空暗黑天体探测的需求,光学天线的口径越做越大,从最初的几百毫米口径到目前的几百米口径,如詹姆斯韦伯望远镜等。但是口径变大的同时增加了光学天线的制造和加工难度,拼接天线作为大口径光学天线降低成本的有效方法之一,目前被广泛应用于天文观测、高分辨率成像和太阳能聚光器等多个领域。本论文基于拼接型光学天线进行详细的设计、仿真、分析和验证,首先利用三维旋转理论,建立三种不同子镜类型的拼接光学天线模型,分别是平面、球面和抛物面子镜组成的拼接天线,并利用矢量反射理论对光学系统进行光线追迹,得到接收平面的点列图及其光斑尺寸大小,比较三种拼接光学天线的光学性能,主要是光斑大小和光学效率的比较。本文还详细讨论了主反射镜子镜圈数和次反射镜离心率对整个光学天线系统性能的影响,以及拼接型光学接收天线系统公差,如光线倾斜入射和六边形双曲面次反射镜轴上离焦对光学系统的性能影响。通过一系列的分析比较,发现球面子反射镜组成的拼接天线具有更好的光学性能,更具有实际应用价值。在减少子镜的圈数进而降低加工成本的前提下,为了满足斯特列尔比的要求,设计了一个由36个六边形球面子反射镜组成的10 m口径的拼接型光学接收天线,其接收效率为80.19%。大口径拼接光学天线的设计主要采用Matlab进行编程建模,结合Tracepro软件对Matlab编程结果进一步仿真验证,得到拼接型光学天线系统的模型图、接收平面点列图以及接收平面的能量分布剖面曲线,与Matlab编程结果一致,确定了利用三维旋转理论和矢量反射理论进行Matlab编程建模、仿真的正确性。此外,本文针对传统卡塞格伦天线次镜遮挡严重,造成光学天线传输效率不高的问题,设计了一种离轴旋转二次曲面的环焦天线。这种环焦天线仍然采用抛物面主反射镜镜、双曲面次反射镜的卡塞格伦型结构,由于次镜中心倒角的存在,其光学系统传输效率为98.88%,相比同口径的传统卡塞格伦结构光学天线,其效率提高了23.42%,可用于大口径光学天线的应用中。为了进一步探究所设计的环焦天线的光学性能,本文还讨论了其离轴偏焦等误差对光学发射和接收天线光斑尺寸、传输效率、像差等的影响。