本發明涉及光學設備技術領域，尤其涉及一種一體式的拉曼檢測光機系統。
背景技術：
拉曼光譜檢測被廣泛應用于生物、礦物、化學物質的鑒定與檢測。基于拉曼光譜分析技術的拉曼光機系統在食品安全、生物醫藥、公共安全、材料科學、珠寶鑒定、地質探礦、環境檢測等領域具有良好的應用前景。
隨著科學技術的發展和應用需求的擴展，拉曼光機系統的小型化需求越來越強烈。拉曼光機系統中采用的激發光源多為獨立封裝的光源模塊，拉曼信號激發收集模塊、拉曼光譜分析模塊也通常是彼此分離的，各模塊之間采用傳輸光纖相連接。這種結構限制了拉曼光機系統的小型化，而且傳輸光纖的耦合、對接會造成光信號的損耗和干擾，降低系統的能量利用率和靈敏度。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種結構緊湊、高集成度、小型化的一體式拉曼光機系統。它采用將半導體激光光源直接通過光學系統與長波通濾光片、色散模塊安裝在殼體中的方式，簡化了系統結構，消除了傳輸光纖的影響和干擾，有利于設備的小型化，提高了拉曼光機系統的性能。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，它包括：半導體激光光源、第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口、長波通濾光片、第三光學系統、狹縫、色散模塊、探測器、分析處理模塊、半導體制冷器TEC、殼體，光電探測器，光源驅動控制模塊。
進一步的，所述第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口依次共軸設置構成激發光路，激光光源共軸設置在激發光路的前端；所述長波通濾光片、第三光學系統、狹縫共軸設置構成收集光路，與激發光路垂直放置，所述色散模塊、探測器構成光譜分析光路，位于收集光路的末端。
進一步的，所述半導體激光光源不經過光纖耦合，直接通過光學系統與長波通濾光片、色散模塊一起安裝在殼體中。
進一步的，所述第一光學系統可實現所述半導體激光光源的準直或光斑整形，所述第二光學系統（將激發光耦合、聚焦到被測空間，所述第三光學系統將收集到的拉曼散射光匯聚到所述狹縫，所述色散模塊實現拉曼光譜的色散，并將分離后的光譜信息傳遞到所述探測器。
進一步的，所述第一光學系統與體布拉格光柵的位置可以互換。
進一步的，所述半導體制冷器（TEC）可同時控制所述半導體激光光源和所述探測器，也可使用兩個所述TEC分別控制。
進一步的，所述光源驅動控制模塊用于驅動所述半導體激光光源，并通過所述光電探測器組成的反饋系統，控制所述半導體激光光源輸出功率的穩定性。所述光電探測器帶有窄帶濾波功能，可以消除拉曼散射光譜對探測器接收信號的影響。
進一步的，所述分析處理模塊用于控制探測器，并分析處理所述探測器接收到的信息用于系統輸出。
本發明的工作原理是：光源驅動控制模塊驅動控制激光光源產生激發光，激發光依次通過第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口，第二光學系統將激發光聚焦于被測樣品，被測樣品被激發光激發后發生拉曼散射，所產生的拉曼散射光連同瑞利散射光一起反方向透過保護窗口進入拉曼光機系統，由第二光學系統收集，再經過雙色鏡后，通過長波通濾光片濾除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光通過第三光學系統匯聚到狹縫上。經狹縫濾波之后進入色散模塊實現光譜分離，在經由探測器接收，通過后續的分析處理模塊對接收信號進行分析處理。殼體中安裝的半導體制冷器實現對整個系統的溫度控制。
采用上述結構后，本發明的有益效果為：減少了激光光源、激發接收模塊及光譜分析模塊的前期封裝工藝和結構，顯著縮小光機系統的體積，并降低了拉曼光機系統的成本；它采用光源、激接收模塊，光譜分析模塊統一的結構，提高了光源的能量利用率，并減少設備中的器件，進一步簡化設備結構，降低成本，非常有利于設備的小型化和性能的提高。
附圖說明
圖1所示為根據本發明的實施例的一體式拉曼光機系統的示意圖。
具體實施方式
根據本發明的一體式拉曼光機系統，結構包括：半導體激光光源、第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口、長波通濾光片、第三光學系統、狹縫、色散模塊、探測器、分析處理模塊、半導體制冷器TEC、殼體、光電探測器、光源驅動控制模塊。
所述第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口依次共軸設置構成激發光路，激光光源共軸設置在激發光路的前端；所述長波通濾光片、第三光學系統、狹縫共軸設置構成收集光路，與激發光路垂直放置，所述色散模塊、探測器構成光譜分析光路，位于收集光路的末端。
所述的激光光源為半導體激光器或能產生激發光的光源。
所述的雙色鏡對激發光具有高透過率，對被測樣品產生的拉曼散射光具有高反射率，它在光路中正向透過激發光，背向透過瑞利散射光并反射拉曼散射光。
所述的第一光學系統、第二光學系統、第三光學系統可以是球面透鏡、非球面透鏡或球面、非球面透鏡、柱面鏡、棱鏡等組成的鏡組；所述第一光學系統的作用是實現所述半導體激光光源的準直或光斑整形；所述第二光學系統的作用是將激發光耦合、聚焦到被測空間，并收集拉曼散射信號；所述第三光學系統的作用是將收集到的拉曼散射光匯聚到所述狹縫。所述色散模塊實現拉曼光譜的色散，并將分離后的光譜信息傳遞到所述探測器。
所述的保護窗口上鍍有對激發光和被測樣品產生的拉曼散射光都具有高透過率的增透膜；它的作用是對拉曼光機系統進行密封和保護。
所述第一光學系統與體布拉格光柵的位置可以互換。
所述半導體制冷器（TEC）可同時控制所述半導體激光光源和所述探測器，也可使用兩個所述TEC分別控制。
進一步的，所述光源驅動控制模塊用于驅動所述半導體激光光源，并通過所述光電探測器組成的反饋系統，控制所述半導體激光光源輸出功率的穩定性。所述光電探測器帶有窄帶濾波功能，可以消除拉曼散射光譜對探測器接收信號的影響。
進一步的，所述分析處理模塊用于控制探測器，并分析處理所述探測器接收到的信息用于系統輸出。
本實施例的工作原理是：光源驅動控制模塊控制激光光源產生的激發光依次通過第一光學系統、體布拉格光柵、雙色鏡、第二光學系統、保護窗口，第二光學系統將激發光聚焦于被測樣品，被測樣品被激發光激發后發生拉曼散射，所產生的拉曼散射光連同瑞利散射光一起反方向透過保護窗口進入拉曼光機系統，由第二光學系統收集，再經過雙色鏡后，通過長波通濾光片濾除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光通過第三光學系統匯聚到狹縫上。經狹縫濾波之后進入色散模塊，色散模塊實現拉曼光譜的分離和傳遞，經由探測器接收，通過后續的分析處理模塊對接收信號進行處理。殼體中安裝的半導體制冷器實現對整個系統的溫度控制。 本實施例可實現高性能，小型化的拉曼光機系統。
以上所述僅為本發明專利的優選實施例，并不用于限制本發明專利，對于本領域的技術人員，本發明專利可以有各種更改和變化。凡在本發明專利的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明專利的保護范圍之內。