[发明专利]一种CO2

说明书

本发明提供一种CO₂级联紫外拉曼激光器。采用Nd:YAG激光器的四倍频266nm泵浦高纯CO₂气体，并利用级联受激拉曼散射来实现276nm，287nm，299nm三种主要紫外光输出。双拉曼池的使用可以分别调控两个拉曼池中各阶拉曼光的能量输出。改变入射泵浦光的能量、脉宽、光束质量和偏振态，两个拉曼池中CO₂气体的压力，聚焦参数，拉曼池的长度，或在拉曼池中填充缓冲气体并控制其种类和压力，就可以得到不同能量的拉曼光输出。本发明的优点在于激光器设计简单，调试便捷，可实现两种大气窗口对(276nm/287nm,287nm/299nm)的同时输出，并且可以调控三束光的能量输出值。

技术领域

本发明属于非线性激光变频领域，涉及一种CO₂级联拉曼激光器，具体涉及一种基于二氧化碳气体受激拉曼散射的多束紫外激光输出设备。

背景技术

空间监测、大气探测、环境监控、气象预测等越来越多的领域需要激光雷达技术，并发展了像差分吸收以及双差分吸收等测试手段。提高测量精度的同时，对激光的波长有了更多的要求。受激拉曼散射技术结合固体激光可以得到多种激光波长的组合。

基于多光谱的差分吸收激光雷达系统已经广泛应用于与平流层下层的臭氧入侵相关的大气勘探，并用于检测城市地区附近的边界层臭氧水平变化。但这种雷达系统的探测波长仍有一些问题存在。例如，使用D₂产生的两个波长(289和316nm)对于边界层中的测量而言有些不足，其受到多余的气溶胶干扰；对于在对流层上层的测量，在N₂中产生的在线波长(283nm)有些短，这可能由于强烈的臭氧吸收而限制了最大可观测范围。在这两种情况下，相对宽的波长间隔导致气溶胶干扰，并且长的离线波长可能限制由于白天的背景光引起的最大可观察范围。

发明内容

基于以上背景技术，本发明利用二氧化碳的非线性受激拉曼散射技术得到276,287,299nm三束拉曼激光的输出，而且装置简单，操作方便，价格低廉。基于该方面的问题，本发明的设计思路是通过双拉曼池结构来实现泵浦激光266nm紫外光向276,287,299nm拉曼激光的高效转换，并且在不同波长间可调节相对能量输出。使用CO₂产生276，287，299nm拉曼激光的差分吸收激光雷达DIAL有利于对流层中大气气溶胶的边界层探测，可打破了由于强烈的臭氧吸收造成的最大观测范围限制。使用276和287nm的在线和离线波长在边界层进行测量，使用287和299nm对自由对流层进行测量。

本发明的实用性是266nm紫外光可以利用该装置转换成三束大气窗口激光(276,287,299nm)用于差分吸收激光雷达装置用于探测大气对流层中的气溶胶和臭氧含量。其过程是：266nm泵浦激光依次通过两个填充有一定压力CO₂的拉曼池，经过泵浦激光与拉曼介质作用后泵浦激光被消耗，主要产生276,287,299nm三束拉曼激光，并得到了充分的放大。本发明的技术方案如下：

本发明一方面提供一种CO₂级联紫外拉曼激光器，包括：泵浦激光器和沿着泵浦激光器激光输出的方向上依次设置的λ/2片，偏振分光棱镜，λ/4片，平凸透镜Ⅰ，拉曼池Ⅰ，平凸透镜Ⅱ，拉曼池Ⅱ，平凸透镜Ⅲ，分光棱镜，分离挡板；所述λ/2片和偏振分光棱镜组合使入射光能量连续可调；所述拉曼池Ⅰ和拉曼池Ⅱ内填充拉曼增益介质CO₂；所述平凸透镜Ⅰ、平凸透镜Ⅱ分别将激光会聚到拉曼池Ⅰ和拉曼池Ⅱ内任意一点；所述平凸透镜Ⅲ对拉曼池Ⅱ输出光进行分离，准直后的光束由三角分光棱镜和分离挡板进行分光。

基于以上技术方案，优选的，改变泵浦光266nm的光束质量，脉宽，重复频率，输出能量值可以影响拉曼光输出；产生的拉曼激光主要包含276,287,299nm三束拉曼激光，并且输出光的转换效率可以动态调整；所述泵浦光的脉宽可以为纳米量级，皮秒量级或飞秒量级，重复频率可以为1-1000赫兹甚至更高。所述泵浦光的偏振态为线偏振、圆偏振或者椭圆偏振。