在对光的成分进行研究或者物质发出的光进行分析的过程中，主要使用的分析工具是光谱仪器，它的基本作用是获得光谱信息，其中包括光波长、光谱强度、光谱轮廓等。在生物技术、环境监测、食品安全等各个领域，通常需要光谱仪具有实时实地探测的能力，因此需要对光谱仪进行微小型化。微小型化后光谱仪在器件的加工制作、光谱分辨力和光能量的利用率等方面都面临更大的挑战。本文对光谱仪在微型化过程面临的困难进行了分析并提出相应的解决方法。具体的内容及创新如下:　　首先，为了在宽自由光谱范围内获得高光谱分辨力，提出了频率滤波和一维空间色散的联合调制方法，并将其应用到可调谐FP腔与光栅集成色散的分光方案中，实现了可调谐Fabry-Perot(FP)腔和光栅优势互补。首先对可调谐FP腔和光栅集成色散器件的光学特性进行理论分析，包括集成色散器件的自由光谱范围、光谱分辨率、与传统色散元件的区别和联系、及影响集成色散器件分辨率的因素等。同时设计并制造了基于压电驱动的可调谐FP腔和光栅集成色散器件的微小型光谱系统，并对联合色散调制的原理进行了实验验证。与光栅相比，集成色散器件可以获得更好的光谱分辨率，实验结果与商业光谱仪结果一致。以此同时，在压电陶瓷的驱动下对波长进行扫描，实现了对宽光谱的探测。　　其次，光谱仪在微型化后，光谱分辨率有一定的下降。通过减少狭缝宽度可以提高微小型色散光谱仪分辨率。但是限制了进入光谱仪的光能量，降低了信噪比。集成色散器件中FP腔的引入也带来了透射峰值能量的降低。因此提出了将基于棱镜阵列的光束整形系统与微小型色散光谱仪相结合的方法，用于提高入射光的能量利用率。基于棱镜阵列的光束整形系统通过对光束进行分割和亚光束的旋转，实现了水平和垂直方向上光参量积的改变，使入射的圆形光斑被整形成椭圆光斑;通过调整柱面镜焦长，保持了入射光束和出射光束的空间角不变。光束整形系统作为小型和模块化的单元，独立于光谱仪器，可以与现有各种色散型光谱仪相兼容来提高入射的光通量和信噪比。相比于直接使用光纤，加入光束整形系统后光栅光谱仪入射光能量利用率提高了一倍。　　最后，为了减小光谱仪核心色散器件的尺寸，同时为保证宽自由光谱范围和高光谱分辨率，设计并制作完成了基于MEMS技术静电驱动可调谐FP腔和光栅集成色散器件，并对其进行了电压驱动测试。在MEMS器件设计上，提出了一种基于W型环形微桥结构的静电驱动可调谐FP腔和光栅集成的设计方案。 W型环形微桥既利用硅片自身的厚度增加了初始腔长又实现了驱动电极和反射镜的分离，降低了驱动电压，并针对此结构设计了双面腐蚀工艺。利用激光干涉光刻完成对下极板上小周期光栅的制作。通过集成色散器件的零级光谱分析FP腔的光学特性。通过集成色散器件的正一级光谱分析可调谐FP腔的滤波功能和光栅的空间色散能力。相比于光栅，两者的共同作用使集成器件的光谱分辨率提高了一倍。在静电力的驱动下对波长进行扫描，可实现宽波段的光谱探测，自由光谱范围从2.34nm扩展到940nm。　　本论文系统研究了基于可调谐FP腔和光栅联合色散调制的方法，将它运用到微小型光谱仪的色散器件中。为进一步减少核心色散器件的尺寸，设计并制作完成了基于MEMS技术静电驱动可调谐FP腔和光栅集成色散器件。从理论和实验上验证了集成色散器件可以在宽光谱范围内实现高分辨率的光谱探测。另一个方面，基于棱镜阵列的光束整形系统运用到微小型色散光谱仪上，有效提高光谱仪对入射光的能量利用率。本文的研究成果对于光谱仪的微小型化性能的提高有重要的参考价值。