光谱仪是一种重要的光学分析仪器,能够快速有效地获得物质的特征光谱,实现对物质特性的检测和分析。随着现代光谱学的发展,光谱仪器的应用领域不断扩大,对仪器的体积也提出了新的要求,其中仪器的便携化和小型化是一个重要的发展方向,但作为便携式光谱仪常用型式的Czerny-Turner结构存在较大的像散,本文主要针对便携式光谱仪Czerny-Turner结构的消像散系统进行研究。论文首先依据设计指标,结合光谱原理和像差理论,计算系统初始结构参数,设计了一款工作波段为300-900nm,中心波段的分辨率为0.5nm,边缘波段的分辨率为1nm,体积为75mm×52mm×25mm的光谱仪。针对系统像散较大的问题,提出一种新型的消像散交叉型Czerny-Turner结构,即在原有结构的狭缝和准直镜之间加入柱面反射镜,在考虑柱面反射镜的影响下推导系统的一阶消像散条件,计算出系统的结构参数,并通过软件进行了仿真和优化,结果表明,系统全波段Y方向的RMS光斑半径在12 μm以内,全波段点列图的谱线展宽在150μm以内,比原有结构分别减小了 25%和86%,系统的分辨率进一步提高,像散得到了明显的改善;同时,体积缩小为65mm×47mm×26mm,更加符合便携式的要求;公差分析结果表明,在中等精度公差的设定下,系统的性能变化不大;论文最后对系统进行了三维建模和杂散光分析,针对光路中主要存在的两种杂散光进行了抑制,仿真分析表明系统的杂散光明显减少,其归一化辐照度从原先的10-4降至10-7。综上,论文设计了应用于便携式消像散Czerny-Turner光谱仪的光学系统,提出了有效的消像散方案,完成了系统的公差分析、三维建模以及杂散光分析,为便携式消像散光谱仪的设计提供了理论和方法上的参考。