拉曼光谱自发现起就被广泛应用于物质成分检测,适用于固体、液体和气体物质,气体的拉曼光谱由于信号微弱受到了很多限制。本文研制了一种能用于气体拉曼光谱检测的大口径透镜成像光谱仪,光谱仪最大的特点是使用了大相对孔径镜头作为准直与汇聚元件,高衍射效率的全息光栅作为分光器件。根据使用要求,确定了光谱仪的性能指标,然后经过设计计算确定光谱仪的初始结构,并组建了实验测试用的透镜光谱仪,对光谱仪的各项参数进行了详细测试,并搭建实验装置对空气的拉曼光谱进行了检测,结果显示光谱仪的各项参数都在设计的范围内,并可以在较短时间内得到清晰明确的空气拉曼谱线。在测试中也发现了一些不足,大口径光谱系统会有强烈的狭缝弯曲现象,并且狭缝弯曲现象的出现与系统的像差无关,主要由光线斜入射光栅导致。此外,通过研究发现汇聚光学系统与CCD系统不是十分契合,主要原因是CCD芯片前的真空窗口在大口径系统中带来的像差不可忽略。为了使光谱仪性能进一步的改善,将对光谱仪的这些不足进行研究改进。首先分析了狭缝弯曲的成因与理论公式,并根据狭缝弯曲理论公式编写程序对狭缝弯曲进行矫正;然后根据仪器的实际情况,自行设计了汇聚镜头,在设计过程中考虑了真空窗口带来的像差并加以修正,使分光系统能与CCD相匹配,以期进一步提高系统的性能。