残留谱线弯曲限制了切尔尼-特纳平面光栅光谱仪在成像光谱仪中的应用.本文不同于传统的基于棱镜的光栅谱线弯曲补偿方法，提出了基于倾斜场镜的补偿方法，即在校正场曲的同时对入射到场镜不同区域，不同波长的狭缝像分别进行谱线弯曲校正，且没有改变系统的其它光学特性.对狭缝大小为7.8 mm×0.016 mm 、光谱范围0.31~0.5 μm、光谱分辨率0.4 nm、物方焦距70 mm、1∶1放大倍率的切尔尼-特纳成像光谱仪进行了优化设计，结果全谱段、全视场MTF>0.8，点列图RMS半径小于9 μm，相对谱线弯曲小于0.2%，满足设计要求.实际设计表明该方法对于可选用光学玻璃有限，且能量较弱的紫外光学系统是一种可选的优化设计方法.

以高输出能量和低杂散光为系统设计的中心思想，目的为实现小型化、高分辨率、易于操作维护的光学分光系统。提出以非对称式切尔尼特纳(C-T)结构为分光结构，以平面全息衍射闪耀光栅为分光元件。不仅提高了结构的优化自由度，同时系统的输出能量和杂散光方面都得到了显著的改善。通过Zemax光学软件的模拟和优化，结果表明系统光谱范围在400~800 nm内，具有较宽的谱线展宽，光谱分辨优于1 nm，系统的光学像差控制在容限范围内。结构体积约为95 mm×90 mm×44 mm，满足高输出能量、高分辨率、低杂散光、小型化的设计。

以相对孔径为1∶8，工作波段为780～1 014 nm为初始光学参数，首次推导出交叉型Czerny-Turner(C-T)结构光谱仪的一阶消像散条件，搭建了交叉型消像散C-T结构和交叉型消彗差C-T结构。利用ZEMAX软件对两种初始结构进行了优化和比较。结果表明：交叉型消像散C-T结构具有更优越的光学性能，其均方根半径仅是消彗差C-T结构的12%～52%。消像散C-T结构不仅在沿狭缝方向上能量更为集中，利于设计大聚光能力的分光系统，而且在沿垂直于狭缝方向上点斑更小，具有更高的光谱分辨率。

为解决ZnO温度传感器测温精度和集成化的问题，设计了一套测量光谱范围为350～450 nm，分辨率为0.1 nm的光谱监测系统。通过合理地选择光学系统的结构、计算各光学元件的参数和光路结构以及消除系统像差，实现了光谱监测系统的窄波段、高分辨率的要求。最终结果显示系统的体积为111 mm×83 mm×30 mm，基本满足系统可集成化的要求，可以做进一步的优化，公差分析使之满足加工需求。

本文介绍了远紫外成像光谱仪的需求和若干关键技术，描述了一种光谱范围为100~300nm，光谱分辨率优于1.67nm 的远紫外波段成像光谱仪的设计方法和定标实验。该仪器基于交叉的切尔尼—特纳型光谱仪光路结构，采用全反射式系统。根据初级像差理论设计了光学系统，使用Zemax 进行了仿真和优化，在紫外—可见光波段对仪器的性能进行实验验证，并进行了光谱定标和成像性能分析。