在传统的单狭缝光谱仪基础上得到了系统方程．介绍和分析了哈达玛变换光谱仪的工作原理以及优缺点，并对其加以改进，提出通过增加探测器和人射面维数获得多通道信息．在此基础上对系统方程进行变换，并导出利用二维静态多通道编码板代替传统一维狭缝的光谱仪理论模型，该模型避免了哈达玛等光谱仪复杂的光学机构以及机械移动结构，使系统小型紧凑．理论分析和模拟实验表明，系统在保证分辨率的基础上可以大幅度提高光通量从而提高系统的信噪比，实现了分辨率和通光量的双增益．针对具体编码板，设计了实际的光学系统并进行模拟，得到的实验结果与理论分析一致，证明了该系统的可行性．

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380-780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50μm狭缝）.