激光诱导等离子体光谱分析技术(LIPS)、微波等离子体光谱分析技术(MPT)以及拉曼光谱分析技术(Raman)等技术在不同领域对物质成分分析具有重要意义。为提高该类光谱分析技术的光学性能,需选用具有较高性能的分光模块。而中阶梯光栅光谱仪的全波段闪耀,宽波段范围,高衍射效率,高分辨率等优点令其在各光谱分析技术中具有不可替代的优势,成为先进光谱仪器的主要发展方向。但是,由于中阶梯光栅光谱仪分光过程较为复杂,其最终获得的二维谱图的还原,光谱仪光学元件状态参数的标定,以及光谱强度的校正等技术难题,使得该仪器在国内的发展一直停滞不前。鉴于此,本文解决了中阶梯光栅光谱仪几大关键技术难点,研制了可应用于多个不同光谱分析技术的中阶梯光栅光谱仪整机。旨在为中阶梯光栅光谱仪向产业化的发展奠定坚实的基础。本文具体研究内容如下:第一,在有限可选光学材料的限制下,通过多重优化的方式完成了中阶梯光栅光谱仪的光学设计。设计的中阶梯光栅光谱仪结构紧凑,无动件,便于装调。与此同时,通过公差分析研究出一套便捷的装调方式,令后续仪器的装调方便,简单,推进了该仪器产业化装调技术。第二,基于设计的中阶梯光栅光谱仪光路结构,提出了一种可同时适用于棱镜反射式及棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型。通过建立特征谱线光波长与其成像位置之间的光系,成功将无法直接获得特征谱线光波长的二维谱图还原为特征谱线光波长关于其强度的一维谱图。第三,提出了一种可原位在线测量光谱仪中棱镜折射率的方法。提高了中阶梯光栅光谱仪谱图还原模型计算精度,令最终提取的有效波长的精度满足使用要求。与此同时,为棱镜折射率值的精确测量提供一种新思路。第四,基于建立的谱图还原模型,完成了中阶梯光栅光谱仪各光学元件系统参数的标定。利用该方法即能实现中阶梯光栅光谱仪的精确标定,又能指导中阶梯光栅光谱仪的装调及后续使用。为中阶梯光栅光谱仪的进一步研究与使用提供便利。第五,提出了一种校正谱线光强度的方法,完成了光谱图像的辐射定标。令该光谱仪对物质成分进行定量分析成为可能。第六,成功将中阶梯光栅光谱仪应用于LIPS系统,MPT系统,Raman系统当中,验证了研制的中阶梯光栅光谱仪的分辨率、波段范围及波长提取精度等性能参数。同时也为该光谱仪未来更广阔的应用提供新思路,对该仪器进一步产业化、商品化起到一定推动作用。