激光诱导击穿光谱技术(LIBS)也称作激光诱导等离子体光谱技术(LIPS),是近年来迅速发展起来的一种物质元素分析技术,属于原子发射光谱技术的一种。其关键部件——中阶梯光栅光谱仪对LIBS的检出限和精度有决定性影响。本文根据LIBS系统在实际应用中对光谱仪提出的轻小便携、分辨率高、检测速度快和性价比高等要求,而研制了一种轻小型中阶梯光栅光谱仪原理样机。由于中阶梯光栅光谱仪的色散系统采用交叉色散结构,根据系统需要,本文选用主色散元件中阶梯光栅与横向色散元件棱镜相配合的交叉色散形式。因此,在光学设计阶段,将切尼尔-特纳(Czerny-Turner)系统和利特洛(Littrow)系统结构相结合,设计了一种自准的C-T结构形式,完成了中阶梯光栅光谱仪独特的光路设计形式。在系统优化过程中,采用“计算-模拟-修正”方法分析主色散方向和横向色散方向像差,并逐步改进,通过这种方法不断减小系统像差,使光路系统逐渐完善达到结构优化设计的目地。系统分辨率是评价光谱仪器的重要指标之一,因此为提高系统成像质量,在光学设计中充分分析影响其分辨率的因素是十分必要的。影响中阶梯光栅光谱仪分辨率因素较多,本文分析了针孔直径、光栅参数、棱镜参数和CCD像素尺寸对系统分辨率的影响,得到针孔、光栅、CCD是影响系统分辨率的主要因素,推导三者在确定系统实际分辨率时相互制约的关系,并计算出极限针孔直径,进而确定系统中光栅、棱镜、针孔、CCD的参数特征。安装调试是保证光学系统工作的一个重要阶段,提出了保证各个光学元件姿态和位置小范围精确调整的中心对准安装方法。最后对系统进行了测试,获得了Hg灯的二维谱图,结果表明,我们研制的轻小型高分辨率中阶梯光栅光谱仪,能够满足配合其他仪器(包括LIBS)的使用要求。