光谱仪是光谱分析的重要仪器,传统的光谱仪体积大,成本高,不方便携带。随着电子,微机械,计算机等学科的高速发展,微型光谱仪也得到发展。本文主要设计了宽波段微型光谱仪并加以实现,通过选择合适的探测器和光学结构,光谱仪的波段可以覆盖紫外到近红外,分辨率高。更进一步分别对光谱仪的应用以及扩展应用加以研究,为光谱仪使用者应用光谱仪提供了更加广阔的思路。在微型宽波段微型光谱仪的设计和实现中,选用了具有原生紫外响应的CCD作为探测器,实现了对该CCD的电源,时序等电路设计,成功的驱动了该探测器。在光学设计中采用了对称式的设计,长波短波和中心波长都拥有很好的分辨率。提出了一种新的优化方法来优化二阶滤光片,从而使滤光片具有最大的装配容差。另外提出了一种成像和非成像光学结合的方法来优化前置集光系统,使光谱仪在分辨率损失不大的前提下提高2-4倍的效率。最后研究了光谱仪的软件系统,该软件不仅可以提供光谱的基本测量还集成了一些基本应用,同时还为二次开发提供了丰富的接口。在光谱仪应用部分主要研究了基于宽波段微型光谱仪的薄膜测厚仪,分析了现有的主要薄膜厚度测量方法,提出了基于光谱仪的薄膜测厚仪的硬件以及软件构架。从硬件,算法,软件对系统加以实现。首次提出了一种基于灵敏度的搜索算法,该方法可以有效提高搜索效率降低搜索范围并且可以和其它优化算法混合使用。在实际测量中,创新的提出了对于透明基底的补偿算法,可以在不破坏样品透明基底的同时,消除透明基底的背向反射,提高透明基底薄膜测量的精度。在拓展应用中,将原有的单狭缝单色散系统拓展为双色散的编码孔径光谱系统,通过对编码和解码算法的研究,提出了一种双色散系统可以对一维光谱进行压缩。更进一步提出了一种基于先验知识的编码优化方法,可以在不改变压缩率的前提下提高保真度。在一维光谱压缩的系统的基础上,对编解码算法进行改进,模拟了光谱图像的压缩,该系统可以实现快照型光谱图像压缩。