光谱仪作为光学仪器的重要组成部分,是进行光谱学研究和物质光谱分析的一种基本的光学检测仪器,具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点。随着光电子学、计算机、激光及先进的加工制造技术等不断发展,微型化变成光谱仪以及分析仪器的一个重要发展方向。这种可以实时、现场分析、便携的微型光谱仪有着巨大的应用空间和广阔的应用前景。　　由于现有的光谱仪存在体积大、成本高等缺点,而光栅元件具有折叠光路、紧凑系统结构的功能,因而采用光栅可以实现光谱仪的微型化。本文在对平面光栅光谱仪和凹面光栅光谱仪进行了详细的理论分析之后,探索研究了一种新型的平场非球面凹面光栅。在分析光谱仪基本结构组成的基础上,分别研究了平面光栅光谱仪和凹面光栅光谱仪的光学分析原理、特征参数意义、光学结构设计等问题,应用Zemax光学软件对所涉及到的光学系统结构进行仿真分析,依据得到的光线追迹点列图,分析其成像能力和分辨能力。基于凹面光栅的像差原理,建立非球面凹面光栅的像差方程,对比凹面光栅可知,采用非球面基底制作的平场凹面光栅比采用球面基底的光栅能多消除一项像差,从而在理论上可以提高光谱仪的分辨率,同时应用Zemax软件对平场非球面凹面光栅进行仿真分析,进而验证了非球面平场凹面光栅对提高光谱仪分辨率的可行性和有效性。　　最后本文利用微型光谱仪进行了波长标定、基本的光谱测量和温度光谱采集等实验,结果表明其光学系统具有较高的分辨率性能。