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光谱仪是将复色光分解成光谱线,测定光线波长、强度的科学仪器,被广泛应用于化学成分检测、遥感、显微、工厂产品检测等领域。传统光谱仪采用扫描方式进行宽光谱分析,然而波长扫描在瞬态光谱分析的需求下存在时间分辨率不足的问题。宽谱直读光谱仪正是应运快速光谱分析的需求而生,它具有高时间分辨率、工作波段范围大、瞬态测量等优点,更是在需要长时间曝光积分光强的天文探测以及需要捕捉动态光谱的生物显微等领域发挥着巨大的作用。现有的宽谱直读光谱仪主要有中阶梯光栅、复合光栅或像切分镜切分波段三种方案。像切分镜和复合光栅组合可将宽波段划分为若干子波段色散,最终将单色像成像于面阵探测器。由于系统成像视场大,像差的校正尤为重要,它将影响光谱仪的性能。本文在分析像切分镜的工作原理以及单像切分镜光谱仪的光路特点的基础上,提出了基于孔径切分技术的双像切分镜宽谱直读光谱仪系统的设计方法,双像切分镜能有效的补偿和校正系统像差。论文的主要创新工作如下:1.提出了一种基于孔径切分技术的双像切分镜宽谱直读光谱仪方案。两个像切分镜分别作为准直镜和成像镜切分波段,复合闪耀光栅的闪耀波长对应每个波段窗口的中心波长,提高衍射效率,面阵探测器一次曝光接收整个波段的光谱信息。2.研究了双像切分镜宽谱直读光谱仪的优化设计方法。设计了双像切分镜光谱仪光路系统,像切分镜的子镜为超环面,通过调整子镜的弧矢半径和位置校正系统中的像差,600nm处波长分辨率可达0.15nm,在200nm-1000nm波段的光谱分辨率整体优于0.5nm。3.研究了ZEMAX复杂面型建模及动态调用方法。在ZEMAX中实现了像切分镜的自定义扩展,通过调用动态链接库控制像切分镜的子镜数量、尺寸和二维偏向角。4.分析了像切分镜的加工误差容限。结合一种用于显微的双像切分镜成像光谱仪的设计,讨论了像切分镜的加工中切割参数、球面半径的容差范围。