分光光度计是一种利用光谱进行物质检测的分析仪器,随着市场需求与人们期望的不断提高,分光光度计需求数量增加的同时对其性能也提出了新的要求,为了满足更多场景的需求,宽波段、小型化的结构系统成为了分光光度计新的发展趋势。论文以开发设计宽波段、小型化分光光度系统为主要研究内容,针对宽波段、小型化分光系统的复杂像差与杂散光问题,通过建立光学模型,完成光学系统的优化设计。结合光学、机械学以及电子学相关理论的应用,完成宽波段小型化分光光度测量系统的设计,实现对未知浓度溶液的检测需求。(1)分光光度系统像差的校正方法研究。系统像差即为成像误差,主要由光路误差所引起。按照设计要求,选择了空间利用率最高的交叉式切尔尼特纳系统作为光学系统的主要结构,依据传统光路的设计方法,完成了光学系统的结构设计。结合LT软件建立光学模型,对系统像差进行仿真计算,以光路误差相互抵消为思路推导像差光路模型,通过光路模型的像差校正计算,完成了分光光度系统的结构优化设计。(2)基于双向散射分布函数(BSDF)杂散光计算研究。为了解决光学系统的杂散光问题,结合BSDF散射模型与杂散光谱对杂散光强进行计算。根据光学系统结构推导出杂散光谱模型,完成了杂散光的入射角度与有效散射角度的快速计算。通过实验测得实验台主要材料黑漆铝板的BSDF散射特性,依据实验数据建立了杂散光模型,完成了杂散光模拟光强计算。结合黑漆铝板的BSDF散射特性与杂散光谱对杂散光强进行理论计算,通过理论计算与仿真实验的对比,验证了基于BSDF的杂散光计算方法的可行性和正确性。(3)宽波段小型化分光光度系统搭建及验证。根据光路系统的结构计算,完成光学系统实验平台的机械结构设计及加工。按照设计要求,完成了灯源、电机以及光电检测器件的选型与控制。根据光学性能实验测试的结果,证明所搭建的光学系统能够满足未知浓度溶液的检测需求。本文提出了采用数学模型与LT仿真相结合的方法完成了宽波段、小型化分光光度系统的优化设计。通过数学模型对光路像差与杂散光进行校正,结合LT光学仿真验证了数学模型校正的有效性,提高光路精度的同时避免了光路中复杂遮光零件的设计,对宽波段小型化分光光度计的研究具有极大的理论价值与推动意义。