自20世纪80年代起,国际上出现了月球矿物资源原位探测与应用的研究热潮,未来任务重点将集中在月球矿物资源的勘察、开发和利用。拉曼光谱仪具有光谱谱峰丰富、尖锐且不重叠,可进行定性和定量分析,且无需样品制备,近距离探测以及远程探测均可实现等优势。随着近几年的研究与发展,拉曼光谱仪逐渐成为了深空探测领域的重要研究内容之一。因此本论文基于国家探月工程地质与资源勘查技术的项目需求,对应用于月表物质成分探测的拉曼光谱仪光学系统展开研究。本论文将拉曼光谱仪与应用于行星物质成分探测的三种光谱技术进行比较,得出拉曼光谱仪针对月表物质成分探测更具应用潜力的结论。同时对应用于月表物质成分探测的拉曼光谱仪指标体系的建立展开研究,包括激发波长的选择、光谱范围及分辨率的要求。基于已知矿物峰位的位置以及以往月球探测任务中收集到的数据,对拉曼光谱仪提出了相应的最低限度的指标要求,以确保可以有效检测到月球目标矿物。本论文设计的拉曼光谱仪光学系统采用785 nm波长的激光器,根据月表矿物拉曼光谱的特点确定了光谱仪光谱范围为200～0000 cm-1（波长范围为797nm～1027 nm）,光谱分辨率为10 cm-1。将前置光学系统和光谱仪分光系统分别优化设计,根据指标要求计算各部分光学系统参数。前置光学系统采用自由空间式结构,光谱仪分光系统对反射式C-T结构及透射式结构分别进行优化设计,对设计结果进行比较分析,最终选择利用体全息光栅作为分光元件的透射式结构作为光谱仪分光系统的结构。对整个拉曼光谱仪光学系统在-50℃～50℃进行无热化设计,在光谱范围内各温度组态下MTF曲线在奈奎斯特频率处均优于0.4,可以认为系统在该温度范围内像质良好。对系统进行了公差分析,结果表明系统具有较好的加工工艺性。最后针对月球表面环境条件的特殊性,对系统进行环境适应性分析,使系统未来能够在月表正常开展工作。为了验证本论文设计的拉曼光谱仪系统用于近距离探测月表物质成分的可行性,在实验室进行原理样机搭建,利用标准光源进行波长定标,并验证了系统的分辨率优于10 cm-1,同时用单色仪验证系统的光谱范围达到200～0000 cm-1。最后选择了三种月球常见的矿物进行实验探测,结果证明了系统矿物识别功能良好。综合验证了该系统具备对月表成分进行探测的能力。