可见光-近红外-短波红外系统主要利用物体的反射特性成像,其中可见光系统工作时需要充足的照明条件;夜间天空辐亮度的大气辉光现象所发出的光照度在短波红外区域迅速增加,直至1.5μm～1.7μm光谱范围内辐亮度达到峰值,它比满月光还要强,这种光照几乎都处在短波红外波段。因此,将可见光与大气辉光的成像优势结合起来,能够实现对同一观测目标全天候、高分辨率成像,还可以提高目标探测与识别能力。传统的宽波段光学成像系统一般采用多组光路匹配不同波段焦平面探测器来实现对目标多光谱探测的功能,导致系统体积庞大、设备结构复杂,难以实现不同孔径探测时、空间上的一致性。随着非制冷型可见-近红外-短波红外宽光谱焦平面探测器技术的发展,对光学系统的设计提出了新要求,宽波段共光路共焦面的技术方案成为了研究的重点。目前传统的基于折射透镜的宽波段共光路共焦面的光学结构难以同时兼顾消除波段间色差和保持系统结构小型化、轻量化的设计目标。因此,研究并设计一种满足上述设计需求的新的宽波段成像系统具有重要的研究意义和应用价值。本论文主要的研究内容如下:针对折射式宽波段光学系统色差校正困难的问题,提出了基于折衍混合式消色差的方法。分别研究了单层衍射、谐衍射、双层衍射三种不同类型衍射光学元件在0.4～2.5μm波段的衍射效率变化关系。针对光线以一定入射角进入基底材料时,带宽积分平均衍射效率降低的问题,提出入射角-基底材料组合的选择方法。建立入射角-带宽积分平均衍射效率计算的数学模型,在入射角度（0～5°）范围内,分别研究Ba F2-AL2O3、Ca F2-AL2O3、Mg F2-AL2O3三种基底材料的衍射效率随温度和波长的变化关系。针对环境温度变化时,基底材料的表面微结构的高度以及折射率的改变,对系统衍射效率的影响,提出温度-基底材料组合的选择方法。分析了环境温度的改变,对衍射微结构高度的影响,建立了温度-带宽积分平均衍射效率的数学模型。在设计温度为20℃的条件下,研究了Ba F2-AL2O3基底材料组合在（-40℃～60℃）环境温度范围内,衍射效率随温度和波长的变化关系。针对设计波长的选择对系统衍射效率的影响,提出了设计波长的优化选择方法。推导衍射表面微结构高度关于设计波长的计算公式,建立带宽积分平均衍射效率关于设计波长的数学模型,研究了其随波长变化关系。本文宽波段光学系统的设计采用两种方案:方案一完成了基于传统折射式光学成像系统的设计;方案二引入双层衍射光学元件完成了基于折衍混合式光学成像系统的设计。两者均在宽波段范围内校正了色差,采用光学被动无热化技术完成了系统热差的处理,成像质量满足设计要求。结果表明:相比传统折射式光学系统,折衍混合式系统做到了更少镜片数目、压缩了系统总长,减轻系统重量,实现了小型化、轻量化的设计目标。