在满足光谱性能的同时, 能最大化减小 Czerny-Turner(CT)光谱仪光学系统尺寸, 并防止入射光线与衍射光线发生干涉, 创建了完整的结构参量选定体系。提出了光栅方程的变式, 确定了防止入射光线与衍射光线发生干涉的约束条件, 建立了光路结构的数学模型, 确定了各个结构参量的计算公式。在此基础上将参量的确定过程编程简化, 输入系统的分辨率、波长范围、数值孔径值和元件之间最小距离, 即可直接得到光路结构的所有设计参量, 实现了快速通用的 CT光谱仪的设计方法。通过实例验证得到光谱范围 780～1020 nm、分辨率 0.4 nm、体积 54 mm×56 mm×30 mm的光谱系统, 可为其他设计提供参考。

由于光谱仪的尺寸限制，微型光谱仪在满足一定光谱范围时，其分辨力往往难以小于0.1 nm。而一些特殊应用场合要求光谱仪不仅具有微小的尺寸，还要求具有极高的光谱分辨力。本文基于Zemax 光学设计软件，通过选择合适的初始结构参数与评价函数，自动优化准直镜、聚焦镜、柱透镜、光栅，以及CCD 间倾角和距离，设计出光谱分辨力高达0.05 nm，尺寸为90 mm×130 mm×40 mm 的Czerny-Turner 结构微型光谱仪。在此基础上优化出8 个光栅倾斜角度，使微型光谱仪光谱分辨力在优于0.05 nm 的同时，波段范围达到了820 nm～980 nm。所设计的光谱仪具有超高的光谱分辨力、微小的外形尺寸与适中的光谱范围等特点。