[发明专利]一种微型拉曼光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测仪器领域，尤其涉及一种微型拉曼光谱仪。 

背景技术

拉曼光谱反映了分子结构中原子的振动特征，被称为分子的指纹光谱。拉曼检测技术作为一种无与伦比的、有力的分析手段，具有无损测量、检测速度快、制样简单、可实现现场检测等优点，有望应用于现实的生产和生活中。但是，由于拉曼散射的强度很弱，其强度是瑞利散射光强度的10^-6~10^-3倍，因此，拉曼光谱仪的结构一般比较复杂，并且价格昂贵，动辄百万人民币，这些阻碍了拉曼光谱在实际检测中的应用，拉曼光谱仪器的小型化和简单化将是未来的发展方向。

如图1为拉曼光谱仪的工作原理图，各模块按实现的功能可分为：获取拉曼信号的探头光路模块1、分光光路模块2和电子控制部分。拉曼光谱仪的体积主要由探头光路模块1和分光光路模块2决定，因此，拉曼光谱仪的微型化问题主要是解决这两个光路模块的微型化问题。

目前，采用光栅分光的微型拉曼光谱仪得到了一定的发展，较传统的拉曼光谱仪，微型拉曼光谱仪需要解决微型化和集成化的问题。微型化的拉曼光谱仪在工作原理上与传统的光谱仪相同，所以无论以何种形式实现微型化，系统都必须包含拉曼光谱仪的基本组成。一般而言，系统的微型化有两种途径：第一，将各部分集成加工，仅利用一个或较少的元件来实现所有的功能；第二，采用微型化的元件和系统结构来实现整体系统的微型化。本发明结合这两种途径的特点，实现光谱仪的微型化设计。 

发明内容

为克服上述问题，本发明提出一种体积小、携带方便、成本低的微型拉曼光谱仪，可广泛应用于食品安全检查、生物医疗、宝石鉴定、文物鉴定、刑事鉴定、公共安全、地质探矿、材料科学和环境监测等领域。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种微型拉曼光谱仪，包括探头光路模块、分光光路模块和电子控制部分，所述探头光路模块为一集成有激光器的准直滤波系统；所述分光光路模块集成有入射狭缝、凹面全息反射光栅和CCD探测器，所述CCD探测器位于凹面全息反射光栅的焦平面上；所述入射狭缝与CCD探测器分别处于分光光路的共轭面上。

进一步的，所述分光光路模块还包括用于折叠光路的反射镜。

进一步的，所述分光光路模块还包括一机械模具，入射狭缝、凹面全息反射光栅和CCD探测器固定于机械模具的相应位置；或者，该分光光路模块为一棱镜结构，所述入射狭缝、凹面全息反射光栅和反射镜加工于该棱镜结构上，所述CCD探测器贴于凹面全息反射光栅的焦平面上。

进一步的，所述棱镜结构为一实心棱镜，或者为多片反射镜胶合的中空结构。

进一步的，信号光在所述实心棱镜内多次反射，该实心棱镜对应于凹面全息反射光栅的次级衍射光的反射面处镀增透膜。或者，信号光在所述中空结构内多次反射，该中空结构对应于凹面全息反射光栅的次级衍射光的角度方向上不设置反射镜，或者在该次级衍射光的反射面处镀增透膜。

进一步的，所述准直滤波系统还包括一准直系统、45°二向色镜、长波通滤波片、信号收集透镜和聚焦透镜；所述45°二向色镜反射激光器发射的光，透射其他波长的光；所述激光器发射的光经准直系统准直后照射到45°二向色镜上，由45°二向色镜反射后经信号收集透镜聚焦后照射到待测样品上；激发出的拉曼信号光经信号收集透镜聚焦收集后透过45°二向色镜和长波通滤波片后，经聚焦透镜会聚进入分光光路模块。

优选的，所述激光器为TO封装的785nm波长的半导体激光器。

本发明的有益效果：本发明的一种微型拉曼光谱仪，基于平场凹面全息反射光栅分光，采用反射镜将光路折叠，并将拉曼信号的激发光源与整个准直滤波系统集成在一个模块中，在保持较高的光谱分辨率的情况下进一步缩小了光路的体积；根据实际光路的特点采用模块化设计，方便了光路的调节，增加了系统的可靠性，适合批量化生产；具有体积小、携带方便、成本低等优点。

附图说明

图1为本发明中拉曼光谱仪的结构原理图；

图2为本发明的拉曼光谱仪的分光光路模块示意图；

图3为本发明的拉曼光谱仪中光路折叠的分光光路模块示意图；

图4为本发明的拉曼光谱仪的探头光路模块示意图。

标号说明：1.探头光路模块；101.激光器；102.准直系统；

103.45°二向色镜；104.信号收集透镜；105.长波通滤波片；