本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种一体式的拉曼检测光机系统。
背景技术：
拉曼光谱检测被广泛应用于生物、矿物、化学物质的鉴定与检测。基于拉曼光谱分析技术的拉曼光机系统在食品安全、生物医药、公共安全、材料科学、珠宝鉴定、地质探矿、环境检测等领域具有良好的应用前景。
随着科学技术的发展和应用需求的扩展，拉曼光机系统的小型化需求越来越强烈。拉曼光机系统中采用的激发光源多为独立封装的光源模块，拉曼信号激发收集模块、拉曼光谱分析模块也通常是彼此分离的，各模块之间采用传输光纤相连接。这种结构限制了拉曼光机系统的小型化，而且传输光纤的耦合、对接会造成光信号的损耗和干扰，降低系统的能量利用率和灵敏度。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构紧凑、高集成度、小型化的一体式拉曼光机系统。它采用将半导体激光光源直接通过光学系统与长波通滤光片、色散模块安装在壳体中的方式，简化了系统结构，消除了传输光纤的影响和干扰，有利于设备的小型化，提高了拉曼光机系统的性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，它包括：半导体激光光源、第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口、长波通滤光片、第三光学系统、狭缝、色散模块、探测器、分析处理模块、半导体制冷器TEC、壳体，光电探测器，光源驱动控制模块。
进一步的，所述第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口依次共轴设置构成激发光路，激光光源共轴设置在激发光路的前端；所述长波通滤光片、第三光学系统、狭缝共轴设置构成收集光路，与激发光路垂直放置，所述色散模块、探测器构成光谱分析光路，位于收集光路的末端。
进一步的，所述半导体激光光源不经过光纤耦合，直接通过光学系统与长波通滤光片、色散模块一起安装在壳体中。
进一步的，所述第一光学系统可实现所述半导体激光光源的准直或光斑整形，所述第二光学系统（将激发光耦合、聚焦到被测空间，所述第三光学系统将收集到的拉曼散射光汇聚到所述狭缝，所述色散模块实现拉曼光谱的色散，并将分离后的光谱信息传递到所述探测器。
进一步的，所述第一光学系统与体布拉格光栅的位置可以互换。
进一步的，所述半导体制冷器（TEC）可同时控制所述半导体激光光源和所述探测器，也可使用两个所述TEC分别控制。
进一步的，所述光源驱动控制模块用于驱动所述半导体激光光源，并通过所述光电探测器组成的反馈系统，控制所述半导体激光光源输出功率的稳定性。所述光电探测器带有窄带滤波功能，可以消除拉曼散射光谱对探测器接收信号的影响。
进一步的，所述分析处理模块用于控制探测器，并分析处理所述探测器接收到的信息用于系统输出。
本发明的工作原理是：光源驱动控制模块驱动控制激光光源产生激发光，激发光依次通过第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口，第二光学系统将激发光聚焦于被测样品，被测样品被激发光激发后发生拉曼散射，所产生的拉曼散射光连同瑞利散射光一起反方向透过保护窗口进入拉曼光机系统，由第二光学系统收集，再经过双色镜后，通过长波通滤光片滤除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光通过第三光学系统汇聚到狭缝上。经狭缝滤波之后进入色散模块实现光谱分离，在经由探测器接收，通过后续的分析处理模块对接收信号进行分析处理。壳体中安装的半导体制冷器实现对整个系统的温度控制。
采用上述结构后，本发明的有益效果为：减少了激光光源、激发接收模块及光谱分析模块的前期封装工艺和结构，显著缩小光机系统的体积，并降低了拉曼光机系统的成本；它采用光源、激接收模块，光谱分析模块统一的结构，提高了光源的能量利用率，并减少设备中的器件，进一步简化设备结构，降低成本，非常有利于设备的小型化和性能的提高。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施例的一体式拉曼光机系统的示意图。
具体实施方式
根据本发明的一体式拉曼光机系统，结构包括：半导体激光光源、第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口、长波通滤光片、第三光学系统、狭缝、色散模块、探测器、分析处理模块、半导体制冷器TEC、壳体、光电探测器、光源驱动控制模块。
所述第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口依次共轴设置构成激发光路，激光光源共轴设置在激发光路的前端；所述长波通滤光片、第三光学系统、狭缝共轴设置构成收集光路，与激发光路垂直放置，所述色散模块、探测器构成光谱分析光路，位于收集光路的末端。
所述的激光光源为半导体激光器或能产生激发光的光源。
所述的双色镜对激发光具有高透过率，对被测样品产生的拉曼散射光具有高反射率，它在光路中正向透过激发光，背向透过瑞利散射光并反射拉曼散射光。
所述的第一光学系统、第二光学系统、第三光学系统可以是球面透镜、非球面透镜或球面、非球面透镜、柱面镜、棱镜等组成的镜组；所述第一光学系统的作用是实现所述半导体激光光源的准直或光斑整形；所述第二光学系统的作用是将激发光耦合、聚焦到被测空间，并收集拉曼散射信号；所述第三光学系统的作用是将收集到的拉曼散射光汇聚到所述狭缝。所述色散模块实现拉曼光谱的色散，并将分离后的光谱信息传递到所述探测器。
所述的保护窗口上镀有对激发光和被测样品产生的拉曼散射光都具有高透过率的增透膜；它的作用是对拉曼光机系统进行密封和保护。
所述第一光学系统与体布拉格光栅的位置可以互换。
所述半导体制冷器（TEC）可同时控制所述半导体激光光源和所述探测器，也可使用两个所述TEC分别控制。
进一步的，所述光源驱动控制模块用于驱动所述半导体激光光源，并通过所述光电探测器组成的反馈系统，控制所述半导体激光光源输出功率的稳定性。所述光电探测器带有窄带滤波功能，可以消除拉曼散射光谱对探测器接收信号的影响。
进一步的，所述分析处理模块用于控制探测器，并分析处理所述探测器接收到的信息用于系统输出。
本实施例的工作原理是：光源驱动控制模块控制激光光源产生的激发光依次通过第一光学系统、体布拉格光栅、双色镜、第二光学系统、保护窗口，第二光学系统将激发光聚焦于被测样品，被测样品被激发光激发后发生拉曼散射，所产生的拉曼散射光连同瑞利散射光一起反方向透过保护窗口进入拉曼光机系统，由第二光学系统收集，再经过双色镜后，通过长波通滤光片滤除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光通过第三光学系统汇聚到狭缝上。经狭缝滤波之后进入色散模块，色散模块实现拉曼光谱的分离和传递，经由探测器接收，通过后续的分析处理模块对接收信号进行处理。壳体中安装的半导体制冷器实现对整个系统的温度控制。 本实施例可实现高性能，小型化的拉曼光机系统。
以上所述仅为本发明专利的优选实施例，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。