近年来,虽然我国经济社会高速发展但忽视了对环境的保护,暴露的环境污染问题日益严重,特别地,水污染事件频发已严重影响了人们的生产生活与社会经济的健康发展。“绿水青山就是金山银山”,水环境保护及水质检测已刻不容缓。传统的化学法检测水质,虽然测量准确度高,但存在检测周期长、操作复杂及二次污染等问题。紫外-可见光谱水质检测技术作为一种检测快速、操作简便、无二次污染的水质测量方法,日益为人们所青睐。然而,光谱法水质分析仪器光学系统的生产,主要被国外公司所垄断,国内在相关领域的研究起步较晚,系统设计仍然存在许多不足。例如,光束与光纤耦合效率低,结构尺寸大,光电转换系统分辨率不高,杂散光干扰较多等问题,难以满足“十三五”提出的仪器国产化、智慧化需求,以及“河长制”对水环境的治理效能。鉴于此,本文在调研国内外有关紫外-可见光谱水质检测技术的研究现状及发展趋势的基础上,针对在水质测量中起着至关重要作用的光学系统存在的问题,提出了一种集光学探测系统与光电转换系统为一体的水质检测光学系统结构方案,开展了紫外-可见光谱水质检测光学系统的研究与设计工作,论文的主要研究内容包括:(1)研究设计了紫外-可见光谱水质检测光学探测系统。鉴于光谱法水质检测技术对光学探测系统性能提出的要求,对比了不同光源的优缺点,完成了LED光源椭球反射镜及空间阵列的设计,开展了不同光强对溶液吸光度影响的研究,确定了样品池的机械结构,分析了光纤在装调过程中的对接误差对耦合效率的影响。利用ZEMAX光学设计软件对系统进行了优化及性能分析,研究结果表明,椭球反射镜的聚光效率可达80.29%,准直光束发散角小于3.102 mrad,聚焦后整体光斑均方根半径值为179.626μm,实现了光束与光纤的高效耦合传输。(2)研究设计了紫外-可见光谱水质检测光电转换系统。为了确保水质检测光谱分析质量,对比分析了不同的光路结构方案,完成了平场凹面光栅的设计,计算了系统结构参量。通过ZEMAX光学设计软件的仿真、优化及像差分析,结果表明设计的光电转换系统的光谱分辨率较好,满足水质宽光谱、高精度的测量要求。(3)研究分析了紫外-可见光谱水质检测光学系统的性能。对整个系统进行了仿真与性能分析,结果表明设计的紫外-可见光谱水质检测光学系统尺寸大小为600mm×70mm×180mm,系统分辨率小于2nm,整个光学系统结构简单、尺寸较小。