CN110632058A - 一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置 - Google Patents

一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置，把入射光传递到入射狭缝上，入射狭缝后置滤光片，穿过入射狭缝、滤光片照射到离轴抛物镜(准直镜)，将入射光引导到衍射光栅上，经衍射光栅色散其色散的光接近Littrow状态照射到凹面反射镜上，使得色散的光谱聚焦到带有柱面镜的探测器上，探测器与入射狭缝位置优选位于衍射光栅同一侧，使得光路结构紧凑、装置小型化。本发明提供的分光装置具有大相对孔径、高传递效率、高光谱分辨率、结构紧凑、体积小。

Description

一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置
技术领域
本发明涉及一种应用于拉曼光谱分析的小型分光装置，具体涉及一种具有较之大多数先前设计更容易实现拉曼光谱仪器便携式与手持式及其应用的小型分光装置，该分光***具有高光通量、光栅高衍射效率、结构紧凑并且具有优良的光谱分辨率的特点。
背景技术
拉曼光谱是一种具有无损伤、检测速度快的分析技术，其基本原理：当一束带有一定频率的激光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射，大多数散射光(称为瑞利散射)与入射激光具有相同的频率，而只有少数不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频率也改变了，不同于入射激光的频率，称为拉曼散射。拉曼散射与入射激光之间频率变化称为拉曼位移，它只与发生散射的分子结构有关。得益于近年来激光技术与CCD技术的快速发展，激光器性能日益提高，使得激光强度稳定，光谱带宽极其狭窄；CCD技术的提高使得CCD探测器自身暗噪音越来越低，对弱光信号探测能力增强，一起带动了拉曼光谱仪快速发展。拉曼光谱仪器被广泛用于液体安检、***物检测、毒品/药品检测、珠宝检测、生物/医学等领域。然而拉曼散射的强度很弱，其强度是瑞利散射光强的千分之一，需要大口径光电元器件来提高光能量利用率，从而使得拉曼光谱仪结构复杂、体积大不便携带、价格昂贵。随着国家与人民群众对食品、环境、安全产生日益重视，而便携式、手持式拉曼光谱仪器具有无损伤检测、检测速度快、可实现现场实时检测等优点使其应用越来越广泛，因此从技术发展和需求来看，是本领域发展的主要趋势。
由于拉曼信号低，使得拉曼光谱仪器信噪比往往比较低，需要长积分时间测量来获得有用信号，同时也对激光器的稳定性和探测器的散热性能提出更高的要求。为了缩短测量积分时间，提高拉曼光谱仪器的信噪比，在光栅衍射效率和探测器性能一定的情况下，通过增大入射光的数值孔径和入射狭缝的通光面积来提高拉曼***光通量，但是增大入射狭缝的通光面积会降低拉曼***光谱分辨率，所以对于拉曼***而言，需要一种光学***既能满足大入射光通量，又能保证高光谱分辨率。
图1显示一种Czerny-Turner结构分光***简称C-T结构：光线穿过狭缝11照射到准直凹面反射镜12，经准直后照射到平面光栅13上，经光栅色散后光谱线照射到会聚第一凹面反射镜14，经会聚最后光谱聚焦于第一探测器15上。C-T结构常用应用在紫外、可见光与红外波段，目前基于C-T结构设计的分光***设计的体积尽管较小，但要满足高光谱分辨率情况下，***只能采用小相对孔径(1/F#：1/7～1/4)与高刻线数光栅。目前市面上的微型光谱仪生产商如美国的Ocean Opticas Inc、荷兰的Avantes等生产商，他们基本采用小相对孔径(1/F#：1/7～1/4)来设计C-T结构的微型光谱仪。C-T结构分光***中准直凹面反射镜与会聚凹面反射镜均不适合采用抛物镜，抛物镜产生的慧差大于球面镜，导致光谱分辨率差，另外C-T结构分光***中平面光栅基本采用闪耀光栅。对于客户要求***高光谱分辨率、高光通量、小体积定制化设计而言，C-T结构分光***很难满足大相对孔径，同时闪耀光栅刻线数往往是非标准化并且刻线数高，这就需要定制，使得***成本高，生产周期长。而全息方法制作的光栅，尽管生产周期短，但槽形通常是正弦形，它在C-T结构分光***中衍射效率低(30％左右)，降低了***信噪比与对微弱信号接收能力。
图2显示一种基于透射光栅的分光***：光线穿过狭缝01照射到准直透镜组02，经准直后照射到透射光栅03上，经光栅色散后光谱线照到会聚透镜组04，经会聚后光谱最后聚焦于探测器05上，该***的相对孔径1/F#为1/1.3。美国Wasatch Photonics生产的WP785Raman拉曼光谱仪采用这类基于透射光栅的分光***，基于透射光栅的分光***常用应用在可见光与红外波段。目前基于透射光栅的分光***在高光谱分辨率、高光通量指标设计下体积相对大(WP785Raman拉曼光谱仪为例，其体积为长(165mm)x宽(162mm)x高(67mm))，而且准直透镜、会聚透镜必须采用多片球面单透镜片或多片非球面单透镜片；而且对于透射式结构一般杂散光大，所以为了避免光照射在透镜表面上产生镜面反射，使得***杂散光增大，需要在每块透镜各个表面上镀减反射膜(增透膜)。对于便携式、手持式拉曼光谱仪器的分光***设计上很难符合对方提出的体积、性价比要求。
因此，需要一种分光***，满足高光谱分辨率(在25um狭缝下优于8cm-1)、大相对孔径(1/F#≥1/2.5)、小体积(小于长(85mm)x宽(75mm)x高(72mm))以适用于便携式、手持式拉曼光谱仪器，并且要求使其不受衍射光栅制作限制，同时衍射光栅在该光学***中还具有衍射效率高(50％以上)。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置，具有体积较小，能实现高分辨率(结合现有滨松探测器产品，光谱分辨率(VIS-NIR)：优于8cm-1)与满足大相对孔径(1/F#≥1/2.5)的要求，而且光栅具有高衍射效率(全波段绝对衍射效率≥50％)，适合便携式、手持式拉曼光谱仪器应用。
本发明技术解决方案：一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置，所述同一中心平面是指光学***的YOZ平面，其特征在于：包括光输入装置、入射狭缝、滤光片、离轴抛物镜、凹面反射镜、衍射光栅、柱面镜和探测器，其中：
所述光输入装置，从光源接收入射光，将所述入射光传递到所述入射狭缝上的光纤***，或者是前置镜头；
穿过入射狭缝的入射光，经过所述滤光片照射到离轴抛物镜，所述滤光片，用于剔除使用波长之外的干扰光，降低光学***的杂散光；
所述离轴抛物镜，用于对入射光准直并校正***像差，并将入射光引导到衍射光栅上；
所述衍射光栅，通过衍射光栅的色散特性把所述入射光中不同波长分开形成光谱，所述光谱以接近Littrow状态下传回所述凹面反射镜，对光谱线会聚并校正***像差，最后光谱聚焦到所述探测器上；
所述柱面镜，用于只对入射狭缝高度范围内发出的光线进行聚焦，减少象散，增加所述探测器上单位面积内的光能量，从而提高探测器的响应灵敏度。
优选的，所述入射狭缝、所述滤光片、所述柱面镜与所述探测器位于所述衍射光栅同一侧；而所述离轴抛物镜、凹面反射镜位于相对的另一侧。
优选的，所述衍射光栅的表面为平面，所述衍射光栅的刻线槽形为正弦型，接近Littrow状态下在工作波段内绝对衍射效率在50％以上。
优选的，所述离轴抛物镜的相对孔径1/F#为1/5～1/2.0。
优选的，所述滤光片为长通滤光片、单通滤光片。
优选的，该装置适用于以下拉曼光谱波段：0.54～0.69um、0.795～1.055um、1.093～1.445um。
优选的，所述光学***包含离轴抛物镜，其操作地位于所述入射狭缝与所述衍射光栅之间，用于将入射光接近准直到所述衍射光栅上，并结合***中其他光学元件一起校正光学***像差。
优选地，所述探测器操作定位成离所述衍射光栅比离所述离轴抛物镜近。在各实施例中，所述入射狭缝与所述探测器在所述衍射光栅同一侧。
优选地，所述衍射光栅的0级光(即反射光)出射方向偏离所述探测器与所述凹面反射镜。
在各实施例中，从所述光源发出的光接近准直就被传递到所述衍射光栅上。
在各实施例中，柱面镜光学地位于所述探测器与所述凹面反射镜之间。
在各实施例中，滤光片光学地位于所述入射狭缝与所述离轴抛物镜之间。
在各种实施例中，所述分光***可具有适用紫外(UV)、可见光和近红外(VNIR)的离轴抛物镜、凹面反射镜。
在其他实施例中，所述光学***的所述光源是穿过狭缝被接收的，并且可以包含光输入装置，用于将光聚焦在所述入射狭缝上。
在其他实施例中，所述光输入装置是将光传递到所述入射狭缝上的光纤***。
在其他实施例中，所述光输入装置是将光传递到所述入射狭缝上的前置镜头。
在其它实施例中所述光学***具有位于所述光学***的一个或一个以上所述表面上的非球形表面。
更具体来讲，涉及一种具有较之大多数先前设计更容易实现分光***高光通量、光栅高衍射效率、杂散光低，体积小并且具有高光谱分辨率光学设计的设计。可以有效用于便携式、手持式拉曼光谱仪器应用。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明结构紧凑，体积可以做小，同时能实现高的光谱分辨率，可以有效用于便携式、手持式拉曼光谱仪器应用。
(2)本发明中的衍射光栅是具有低杂散光、高色散、高衍射效率、易制作的全息光栅。
(3)本发明光学***的相对孔径可以从1/5.0≤1/F#≤1/2.0,有益于仪器实现高信噪比。
(4)本发明中衍射光栅的0级光(即反射光)偏离探测器与凹面反射镜，0级光易遮挡，有效降低光学***杂散光。
(5)本发明光学***设计格式通用性好，可以用于紫外、可见到近红外的不同光谱范围。
附图说明
图1是根据现有技术的典型的基于Czerny-Turner结构的分光***设计；
图2是根据现有技术的典型的基于透射光栅的分光***设计；
图3是根据本发明的一个实施例的展示用于高光谱分辨率探测拉曼光谱的小型分光***的结构透视图；
图4是图3以中心平面(YOZ)为剖切平面的剖面图；
图5是根据本发明的一个实施例的展示用于遮挡衍射光栅0级光物理屏障形式的光陷阱的小型分光***装置；
图6是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：0.54～0.69um并具有相对孔径为1/F#＝1/2.2的小型分光***装置；
图7是图6所述实施例提供的工作波长为0.54～0.69um衍射光栅衍射效率曲线；
图8是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：0.795～1.055um并具有相对孔径为1/F#＝1/2.2的小型分光***装置；
图9是图8所述实施例提供的工作波长为0.795～1.055um衍射光栅衍射效率曲线；
图10是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：1.093～1.445并具有相对孔径为1/F#＝1/2.2小型分光***装置；
图11是图10所述实施例提供的工作波长为1.093～1.445um衍射光栅衍射效率曲线；
图12是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：0.795～1.055um并具有相对孔径为1/F#＝1/2.0的小型分光***装置；
图13是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：0.795～1.055um并具有相对孔径为1/F#＝1/3.0的小型分光***装置；
图14是根据本发明的一个实施例的用于工作波长范围：0.795～1.055um并具有相对孔径为1/F#＝1/5.0的小型分光***装置。
图中：光输入装置0，狭缝1，滤光片2，离轴抛物镜3，全息平面光栅4上，凹面反射镜5，柱面镜6，探测器7，准直透镜组02，会聚透镜组04，凹面反射镜5、柱面镜6、探测器7，入射光束8，成像光束9，入射光束10，光陷阱11，准直凹面反射镜12，平面光栅13，第一凹面反射镜14，第一探测器15。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对适用于小型拉曼光谱分析的小型分光***作进一步阐述。
在图3到图14所示的实施例中，该分光***展示了一种小型分光装置，用于便携式小型拉曼光谱分析，该入射光穿过入射狭缝1、长通滤光片2照射到离轴抛物镜3，将入射光引导到全息平面光栅4上，经衍射光栅色散,其色散的光接近Littrow状态(littrow状态又称自准直状态，littrow状态是指光谱沿着原来入射光路径返回，而本发明所述接近littrow状态是指光谱不是完全沿着原来入射光路径返回的，而是光谱在12°～40°范围内返回的，照射到凹面反射镜5上，使得色散的光谱聚焦到带有柱面镜6的探测器7上，探测器7与入射狭缝1位置位于衍射光栅4同一侧。通过这种分光***在很大程度上缩小光路结构体积，同时易实现高光谱分辨率、高光通量、***低杂散光；另外，该分光***中刻槽槽形为正弦形的全息衍射光栅也具有高衍射效率(≥50％)，并且这些设计相对于如图1的C-T型结构设计有显著的优点。
如图2所示，基于透射光栅的分光***图2包括一个准直透镜组02与一个会聚透镜组04，其口径尺寸分别为直径37mm、44mm，两个透镜组为了避免发生干涉，两者之间必须保持一定间距；同时为了实现高光谱分辨率、大光通量，***采用大相对孔径1/1.3，这使得分光***的体积为145mmx101mmx37mm相对较大。本发明图3所示的实例提供的展示拉曼光谱分析的小型分光***的结构透视图，***包括光输入装置0、入射狭缝1、滤光片2、离轴抛物镜3、全息平面光栅4、凹面反射镜5、柱面镜6、探测器7，OXYZ是空间直角坐标系，YOZ平面为光学***的中心平面。光输入装置0、入射狭缝1、长通滤光片2与柱面镜6、探测器7分别设置在全息平面光栅4同一侧，光输入装置0穿过狭缝1与长通滤光片2，照射到离轴抛物镜3，经反射传递到全息平面光栅4，经色散后工作波长的成像光束9沿着一个与入射光束8在YOZ平面内以接近Littrow状态传回凹面反射镜5，最后会聚于带有柱面镜的探测器7。
分光***中，离轴抛物镜3可采用复制产品以降低生产成本。凹面反射镜5优先为球形表面，另外可选非球形表面。全息平面光栅4的光栅条纹槽型优选为正弦型的等间距直线沟槽全息光栅，另外可选闪耀型。探测器7为线阵型，线阵型可选采用Toshiba公司的TCD1304CCD或者Hamamastu公司的S11151-2048。
如图4所示，具有刻线密度1336线/mm的全息平面光栅4，对给定入射光束10波长范围内，发生第一级色散p1(如短波长光束w1和长波长光束w2)，其中795nm波长光束w1沿着一个与入射光束10在YOZ平面内以接近Littrow状态传回。在本实施例中，使用波长范围在795至1055nm内，每毫米内为1336刻线数的全息平面光栅4可以使用。利用商业光学设计软件ZEMAX可以优化第一级色散p1的光束传播，即为了最大限度提高第一级色散p1的光束能量以及降低***杂散光影响，通过接近Littrow状态下完成，其中对***杂散光而言，不仅取决于各个光学元件表面质量以及电子元器件品质，而且决定于光学***结构。如分光***使用光栅第一级衍射级次时，当光栅入射角a、使用波长λ、光栅刻线数f满足相关公式(1)：
|1-λf|＜sin(a)＜2λf-1 (1)
此时，只有第一级衍射级次和零级光，其他衍射级次都不存在，这极大地有利于减少光学***杂散光。同时选择合适的刻线槽深度，第一级色散的光谱具有较高衍射效率，尤其在0.8﹤λf﹤1.1时，两偏振的平均衍射效率可以达70％以上，具有比机刻光栅衍射效率(60％左右)更高的衍射效率。
如图5所示，可以通过设置光陷阱11方式消除杂散光，***中入射光通过离轴抛物镜3准直后照射在全息平面光栅4上，经光栅衍射存在第零级色散光谱和第一级色散光谱，这是本领域技术人员所知的。而第零级色散光谱是***不需要的，如果不遮挡它，会成为杂散光。而带锯齿状的光陷阱使得光的散射最小化。在图5中的光传播路径周边中可以设置多个带锯齿状的光陷阱8(粗黑线示意)来消除第0级色散光谱以及其他杂散光。
如图6所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/2.2的小型Raman532分光***，***工作波长在540nm至690nm可见光波段，***的F#＝2.2，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Toshiba公司的TCD1304CCD(像元大小为8umx200um)。狭缝1、长通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:78x84x15mm。该光学***的有关参数如下表1、下表2。
如图7所示，展示了图6所述实施例分光***的全息平面光栅绝对衍射效率图，该全息平面光栅刻线数为2072线/mm，光栅槽形为正弦型，光栅入射角为-54.46，使用衍射级别为-1级。从图中可知在工作波长540nm至690nm范围内，光栅绝对衍射效率均在52％以上，有利于提高小型Raman532拉曼光谱仪器的信噪比。
如图8所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/2.2的小型Raman785分光***，***工作波长在795nm至1055nm范围，***的F#＝2.2，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Hamamastu公司的S11151-2048CCD(像元大小为14umx200um)。狭缝1、长通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:71x80x15mm。其中该分光***的光谱长度＝28mm，光谱分辨率为0.54nm(6.3cm-1)，括号中是拉曼光谱特有的波长单位，除了纳米外还有这一种表示形式，即波数。
如图9所示，展示了图8所述实施例分光***的全息平面光栅绝对衍射效率图，该全息平面光栅刻线数为1321线/mm，光栅槽形为正弦型，光栅入射角为-53.32°，使用衍射级别为-1级。从图中可知在工作波长795nm至1055nm范围内，光栅绝对衍射效率均在53％以上，有利于提高小型Raman785拉曼光谱仪器的信噪比。
如图10所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/2.2的小型Raman1064分光***，***工作波长在1093nm至1445nm范围，***的F#＝2.2，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Hamamastu公司的S11151-2048CCD(像元大小为14umx200um)。狭缝1、长通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:73x81x15mm。其中该分光***的光谱长度＝28mm，光谱分辨率为0.72nm(4.52cm-1)。
如图11所示，展示了图10所述实施例分光***的全息平面光栅绝对衍射效率图，该全息平面光栅刻线数为977线/mm，光栅槽形为正弦型，光栅入射角为-53.75°，使用衍射级别为-1级。从图中可知在工作波长1093nm至1445nm范围内，光栅绝对衍射效率均在54％以上，有利于提高小型Raman1064拉曼光谱仪器的信噪比。
如图12所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/2.0的小型Raman785分光***，***工作波长在795nm至1055nm范围，***的F#＝2.0，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Hamamastu公司的S11151-2048CCD(像元大小为14umx200um)。狭缝1、长通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:73x86x20mm。其中该分光***的光谱长度＝28mm，光谱分辨率为0.56nm(6.64cm-1)。
如图13所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/3.0的小型Raman785分光***，***工作波长在795nm至1055nm范围，***的F#＝3.0，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Hamamastu公司的S11151-2048CCD(像元大小为14umx200um)。狭缝1、单通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:70x69x12mm。其中该分光***的光谱长度＝28mm，光谱分辨率为0.46nm(5.47cm-1)。
如图14所示，图中展示一个实施例可用于拉曼光谱分析的具有相对孔径为1/F#＝1/5.0的小型Raman785分光***，***工作波长在795nm至1055nm范围，***的F#＝5.0，狭缝1是一个高为1mm宽为25um的矩形，探测器7采用Hamamastu公司的S11151-2048CCD(像元大小为14umx200um)。狭缝1、长通滤光片2、柱面镜6、探测器7均位于距全息平面光栅4下方同一侧处，使得光学***结构更加紧凑，其光路体积长x宽x高为:50x57x8mm。其中该分光***的光谱长度＝28mm，光谱分辨率为0.38nm(4.6cm-1)。
下表1和下表2中提供了用于Raman532分光***实施例(如图6)的光学规定和其他光学参数，并且提供了所属领域技术人员所知的典型***的说明。
表1-实例性光学规定
Figure BDA0002259383200000091
表2-Raman532 F2.2实施例的其他光学参数
F/# 2.2
波长范围 540nm至690nm
狭缝长度 1mm
狭缝宽度 25um
探测器型号 Toshiba_TCD1304mm
像元大小 8x200um
光谱长度 28mm
线色散 5.36nm/mm
最大半高宽(FWHM) 58.4um
光谱分辨率 0.29nm(7.7cm-1)
在每一个实施例中，所述改善的光学设计中狭缝、长通滤光片、柱面镜、探测器均位于距全息平面光栅下方同一侧处，这种设计使得光路结构更加紧凑，其所占空间明显小，适用于便携式、手提式拉曼光谱仪器。其中各个实施例的正弦槽形全息平面光栅绝对衍射效率均在50％以上，有利于拉曼光谱仪器的信噪比。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于拉曼光谱分析的小型分光装置，具有同一中心平面的光学***，所述同一中心平面是指光学***的YOZ平面，其特征在于：包括光输入装置、入射狭缝、滤光片、离轴抛物镜、凹面反射镜、衍射光栅、柱面镜和探测器，其中：
所述光输入装置，从光源接收入射光，将所述入射光传递到所述入射狭缝上的光纤***，或者是前置镜头；
穿过入射狭缝的入射光，经过所述滤光片照射到离轴抛物镜，所述滤光片，用于剔除使用波长之外的干扰光，降低光学***的杂散光；
所述离轴抛物镜，用于对入射光准直并校正***像差，并将入射光引导到衍射光栅上；
所述衍射光栅，通过衍射光栅的色散特性把所述入射光中不同波长分开形成光谱，所述光谱以接近Littrow状态下传回所述凹面反射镜，对光谱线会聚并校正***像差，最后光谱聚焦到所述探测器上；
所述柱面镜，用于只对入射狭缝高度范围内发出的光线进行聚焦，减少象散，增加所述探测器上单位面积内的光能量，从而提高探测器的响应灵敏度。
2.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述入射狭缝、所述滤光片、所述柱面镜与所述探测器位于所述衍射光栅同一侧；而所述离轴抛物镜、凹面反射镜位于相对的另一侧。
3.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述衍射光栅的表面为平面，所述衍射光栅的刻线槽形为正弦型，接近Littrow状态下在工作波段内绝对衍射效率在50％以上。
4.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述离轴抛物镜的相对孔径1/F#为1/5～1/2.0。
5.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述滤光片为长通滤光片、单通滤光片。
6.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：该装置适用于以下拉曼光谱波段：0.54～0.69um、0.795～1.055um、1.093～1.445um。
7.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：该入射光穿过入射狭缝、滤光片照射到离轴抛物镜，将入射光引导到衍射光栅上，经衍射光栅色散,其色散的光接近Littrow状态返回，照射到凹面反射镜上，使得色散的光谱聚焦到带有柱面镜的探测器上。
8.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述探测器操作定位成离所述衍射光栅比离所述离轴抛物镜近。
9.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：所述衍射光栅的0级光，即反射光出射方向偏离所述探测器与所述凹面反射镜。
10.根据权利要求1所述的用于拉曼光谱分析的小型分光装置，其特征在于：从所述光源发出的光接近准直就被传递到所述衍射光栅上；柱面镜光学地位于所述探测器与所述凹面反射镜之间。
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