光子筛作为一种基于光的衍射原理的新型聚焦成像光学元件,在现代光学系统中扮演着越来越重要的角色。它是基于传统的菲涅尔波带片,用大量随机分布互不重叠的透光小孔去替代波带片的透光环带而形成的一种衍射光学元件(DOE)。相比于传统的菲涅尔波带片,光子筛无需额外的支撑结构,且由于其对旁瓣出色的抑制能力而具有更高的分辨率。然而,光子筛作为一种典型的DOE,对波长具有很强的依赖性,只能工作在设计的带宽极窄的单波长。当工作在多个波长或者是宽光谱时,就会产生严重的色差问题,极大地限制了光子筛在成像系统中的使用。在多光谱、宽波段成像领域,传统的光子筛显得非常无能为力。针对上述难点,本文提出并实验验证了一种基于波前编码技术与谐衍射理论,实现多光谱、大带宽消色差的光子筛成像技术。谐衍射使多个波长的不同衍射级次实现了共焦,波前编码技术通过调控小孔的空间分布,同时拓展多波长的工作带宽。论文的具体内容包括:(1)光子筛成像机理的分析,建立了任意波长下光子筛衍射的一般模型,给出了光子筛在焦面的光场分布,形成了光子筛设计的理论基础。(2)分析了波前编码技术与谐衍射理论。对波前编码系统的轴向像差(焦深延拓)以及谐衍射中多个离散波长在各自不同的衍射级次上实现共焦特性做了机理分析,形成衍射元件多光谱、大带宽消色差成像的理论思想。(3)基于上述衍射元件的多光谱、大带宽成像思想,具体设计了一种可工作在可见光范围内的4个波段(分别为429.5-445.5 nm,491-509 nm,572.3-594.3 nm和686-714 nm)的光子筛(口径50 mm,焦距500 mm,设计波长700 nm,波前编码系数30π),运用MATLAB对设计的光子筛进行了数值仿真成像研究。(4)实验制备了光子筛,搭建了成像光路,测试了光子筛的多光谱成像能力。实验成像结果与仿真结果完全吻合。