CN114300921A - 一种用于大气探测的多波长脉冲激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：泵浦源输出的泵浦光经第一倍频晶体进行倍频，输出二次谐波和未被吸收转换的泵浦光；二次谐波透过第一分色镜进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出二阶Stokes光；二阶Stokes光透过第二分色镜进入第二倍频晶体输出紫外光。未被拉曼腔吸收的二次谐波被第二分色镜反射，在第三分色镜处与在第一分色镜处被反射的泵浦光合束，合束后的光进入第一和频晶体，输出紫外光和校正光。本发明将金刚石作为拉曼介质，再结合倍频、和频技术，最终实现高转换率、高能量、高功率的紫外脉冲输出；通过优化激光器的布局设计，实现同一时间多紫外波长输出，满足大气探测时对一个激光器输出多种波长的要求。

Description

一种用于大气探测的多波长脉冲激光器

技术领域

本发明涉及脉冲激光器领域，尤其涉及一种用于大气探测的多波长脉冲激光器。

背景技术

臭氧是大气中对环境具有重要作用的痕量气体。在对流层中的臭氧已经成为我国仅次于颗粒物的第二大空气污染物，臭氧在紫外波段从200到350nm有比较宽的连续吸收谱线。大气气溶胶是悬浮在空气中的固体或液体颗粒物，其粒径尺度大小从0.001到100μm不等。气溶胶通过散射和吸收作用影响大气辐射，影响城市空气质量降低大气能见度。因此对臭氧、气溶胶污染天气的监测不可忽视。对其进行测量的主要方法是通过发射波长在200到350nm之间的多种紫外吸收光和其他波段的校正光，再结合差分吸收反演算法，计算出两者的浓度。基于臭氧和气溶胶的浓度分布再进行更加深入的研究。因此，多波长紫外脉冲光源在测量过程中扮演着重中之重的角色。

在非线性光学领域，受激拉曼散射能够用来对激光发射波长做特定频率转换，输出波长取决于拉曼介质的拉曼振动模频率。因此，现有激光器可以采用受激拉曼散射技术来获取波长变换，结合倍频、和频技术实现新波长紫外光输出。

但目前探测臭氧、气溶胶的紫外光源存在着输出波长单一，实际应用于探测大气时需要多台激光器，实用性较差；输出的紫外光能量不足，功率较小，探测距离受限等问题。

发明内容

本发明提供了一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，本发明目的在于克服现有紫外光源的缺点，将具有高拉曼增益的、高热导率的金刚石作为拉曼介质，实现高光束质量基频光输出，再结合倍频、和频技术，最终实现高转换率、高能量、高功率的紫外脉冲输出；并且通过优化激光器的布局设计，实现同一时间多紫外波长输出，从而满足大气探测时对一个激光器输出多种波长的要求，详见下文描述：

一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：第一泵浦源，所述第一泵浦源发出的泵浦光在第一分束镜处分成两束，一束进入拉曼腔，使第一金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出一阶Stokes光；

所述一阶Stokes光透过第一分色镜进入倍频模块输出紫外光和校正光，未被吸收的泵浦光被第一分色镜反射之后与在第一分束镜处分出的另一束泵浦光在薄膜偏振片处合束，进入三倍频模块，输出紫外光和校正光。

其中，所述拉曼腔由第一凹面镜、第一金刚石晶体、第二凹面镜构成，泵浦光激发第一金刚石晶体的受激拉曼散射效应，输出一阶Stokes光。

所述激光器还包括：

第一透镜组，用于对即将进入拉曼腔的泵浦光进行整型聚焦，使泵浦光和一阶Stokes光实现空间上的模式匹配；

第二二分之一波片，用于将被第一分束镜反射的一束偏振光转换为P偏振光，通过第三二分之一波片，使在第一分束镜处被反射的泵浦光的偏振状态转变为S偏振，从而使两束泵浦光在薄膜偏振片处实现空间上的合束；

一阶Stokes光进入三倍频模块之前，通过第一二分之一波片调整角度，再通过第一凸透镜将光聚焦；

一阶Stokes光二倍频后的倍频光和四倍频后的紫外光通过第二凸透镜进行准直后输出。

将一束1064nm的泵浦光先通过拉曼腔产生1240nm的一阶Stokes光，1240nm的一阶Stokes光二倍频输出620nm的校准光，620nm的校准光再次二倍频输出310nm的新波长紫外光；

另一束1064nm的泵浦光二倍频输出532nm的校准光，再将1064nm和532nm的光进行和频，输出另一波长的355nm的紫外光；

所述激光器最终实现310nm新波长紫外光、355nm紫外光、532nm校正光、610nm校正光的多波长输出。

一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：第二泵浦源，

所述第二泵浦源输出的泵浦光经第一倍频晶体行倍频，输出二次谐波和未被吸收转换的泵浦光；二次谐波透过第二分色镜进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出二阶Stokes光；

二阶Stokes光透过第二分色镜进入第二倍频晶体输出紫外光，未被拉曼腔吸收的二次谐波被第二分色镜反射，在第三分色镜处与在第二分色镜处被反射的泵浦光合束，合束后的光进入第一和频晶体，输出紫外光和校正光。

其中，所述激光器包括：

第二泵浦源输出的线偏光通过第五二分之一波片调整角度，通过第五凸透镜聚焦；调整后的泵浦光以最佳角度聚焦入射第六二倍频晶体，实现最大的转换效率；

第二透镜组用于对即将入射到拉曼腔的二倍频光进行整型，使二倍频光和二阶Stokes光实现空间上的模式匹配；

二阶Stokes光进入第七二倍频晶体之前，通过第六二分之一波片调整角度，再通过凸透镜将光聚焦，提高功率密度；

二阶Stokes光二倍频后的倍频光和二阶Stokes光通过第七凸透镜进行准直后输出，在第七分色镜处合束的泵浦光和二倍频光在进入第三和频晶体之前，通过第七二分之一波片调整角度，再通过第九凸透镜进行聚焦。

进一步地，将一束1064nm的泵浦光先通过二倍频晶体产生532nm的倍频光，532nm的光进入拉曼腔产生620nm的二阶Stokes光；620nm的二阶Stokes光再次倍频产生310nm的新波长紫外光；

未被吸收转换的1064nm的泵浦光与未被吸收转换的532nm的倍频光进行和频，输出另一波长为355nm的紫外光；

激光器最终实现310nm新波长紫外光、355nm紫外光、532nm校正光、610nm校正光的多波长输出。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、该激光器通过在激光器中采用独特的模块布局，实现同一时间4种不同波长高光束质量、高能量、高功率激光的输出，其中输出的4种波长是：两种不同波长的紫外光，其中一种为目前未报道的紫外输出，两种其他波段的校正光；

2、该激光器将金刚石晶体作为拉曼腔中的拉曼晶体，充分利用金刚石优异的光热性质，产生高质量高能量高功率的拉曼光，再将其作为基频光，最终实现可用于探测的高能量高功率高光束质量的新波长紫外光的输出；

3、该激光器通过优化布局参数，可达到高的拉曼转换效率，并提高光光转换效率；

4、该激光器可实现全固态，结构紧凑、体积较小，稳定性较强，实用性进一步增强。

附图说明

图1为第一种用于大气探测的多波长脉冲激光器的结构示意图；

图2为第二种用于大气探测的多波长脉冲激光器的结构示意图；

图3为第一种用于大气探测的多波长脉冲激光器的具体光路示意图；

图4为第一种用于大气探测的多波长脉冲激光器合束条件示意图；

图5为第二种用于大气探测的多波长脉冲激光器的具体光路示意图；

图6为第二种用于大气探测的多波长脉冲激光器的合束条件示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：第一泵浦源； 2：第一分束镜；

3：第一拉曼腔； 4：第一分色镜；

5：四倍频模块； 6：第一反射镜；

7：第一薄膜偏振片； 8：三倍频模块；

9：第二泵浦源； 10：第一二倍频晶体；

11：第二分色镜； 12：第二拉曼腔；

13：第三分色镜； 14：第二二倍频晶体；

15：第二反射镜； 16：第四分色镜；

17：第一和频晶体； 18：第三泵浦源；

19：第二分束镜； 20：第一透镜组；

21：第一凹面镜； 22：第一金刚石晶体；

23：第二凹面镜； 24：第五分色镜；

25：第一二分之一波片； 26：第一凸透镜；

27：第三二倍频晶体； 28：第四二倍频晶体；

29：第二凸透镜； 30：第二二分之一波片；

31：第三反射镜； 32：第三二分之一波片；

33：第二薄膜偏振片； 34：第四二分之一波片；

35：第三凸透镜； 36：第五二倍频晶体；

37：第二和频晶体； 38：第四凸透镜；

L1：第二分束镜19与第五分色镜24之间的物理光程；

L2：第二分束镜19与第三反射镜31之间的物理光程；

L3：第三反射镜31与第二薄膜偏振片33之间的物理光程；

L4：第五分色镜24与第二薄膜偏振片33之间的物理光程；

39：第四泵浦源； 40：第五二分之一波片；

41：第五凸透镜； 42：第六二倍频晶体；

43：第五分色镜； 44：第二透镜组；

45：第三凹面镜； 46：第二金刚石晶体；

47：第四凹面镜； 48：第六分色镜；

49：第六二分之一波片； 50：第六凸透镜；

51：第七二倍频晶体； 52：第七凸透镜；

53：第四反射镜； 54：第七分色镜；

55：第七二分之一波片； 56：第八凸透镜；

57：第三和频晶体； 58：第九凸透镜；

L5：第五分色镜43与第六分色镜48之间的物理光程；

L6：第五分色镜43与第三反射镜53之间的物理光程；

L7：第四反射镜53与第七分色镜54之间的物理光程；

L8：第六分色镜48与第七分色镜54之间的物理光程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

通过对背景技术中存在的问题进行研究发现，想要输出高功率高能量的紫外光就先要得到高功率高能量高光束质量的基频光，但目前没有合适的基频光，需要通过拉曼技术得到基频光。因此应用具有优异光热特性的拉曼介质是得到高功率高能量的紫外光输出的关键。另一方面，合理可行的结构布局是实现高功率高能量多波长同一时间输出的另一关键。

为了解决现有应用于大气探测的紫外光激光器的输出波长单一、输出功率较小，输出能量不足等问题。本发明实施例提出了一种用于大气探测的多波长脉冲激光器(两种布局方案)，参见图1，图2。

一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：泵浦源、拉曼腔、倍频模块、和频模块。

其中，一种方案为泵浦源发出的泵浦光在分光镜处分成两束，其中一束进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出一阶Stokes光。其中一阶Stokes光透过第一分色镜进入倍频模块输出紫外光(四次谐波)和校正光(二次谐波)。未被拉曼腔吸收的泵浦光被第一分色镜反射之后与在第一分束镜处分出的另一束泵浦光在薄膜偏振片处合束，之后进入三倍频模块，产生紫外光(三次谐波)和校正光(二次谐波)。

其中，另一种方案为泵浦源输出的泵浦光先经过第一倍频晶体行倍频，输出二次谐波和未被吸收转换的泵浦光。二次谐波透过第二分色镜进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出二阶Stokes光。其中，二阶Stokes光透过第三分色镜进入第二倍频晶体输出紫外光。未被拉曼腔吸收的二次谐波被第二分色镜反射，在第四分色镜处与在第二分色镜处被反射的泵浦光合束，合束后的光进入和频晶体，输出紫外光(和频光)和校准光(二次谐波)。

其中，金刚石具有较高的拉曼增益和极高的热导率，是可以实现几乎不受热影响的高功率且高光束质量拉曼激光输出的光学晶体。

综上所述，本发明实施例提出以具有高增益系数和极高的热导率的金刚石晶体材料作为拉曼增益介质，通过受激拉曼散射技术和倍频、和频技术的结合，输出高转换率，高光束质量、高能量实用性强的可用于探测的新波长的紫外脉冲输出。再通过合理独特的模块布局，实现激光器高光束质量、高能量、实用性强的多波长输出。

实施例1

第一种用于大气探测的多波长脉冲激光器包括：第一泵浦源1、第一分束镜2、第一拉曼腔3、第一分色镜4、四倍频模块5、第一反射镜6、第一薄膜偏振片7、三倍频模块8，参见图1。

其中，拉曼腔中的拉曼晶体采用金刚石晶体。其中第一泵浦源1发出的泵浦光在第一分束镜2处分成两束，其中一束进入第一拉曼腔3，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出一阶Stokes光。其中一阶Stokes光透过第一分色镜入四倍频模块5输出紫外光(四次谐波)和校正光(二次谐波)。

未被拉曼腔吸收的泵浦光被第一分色镜4反射之后与在第一分束镜2处分出的另一束泵浦光在第一薄膜偏振片7处合束，之后进入三倍频模块8，产生紫外光(三次谐波)和校正光(二次谐波)。

第二种用于大气探测的多波长脉冲激光器包括：第二泵浦源9、第一二倍频晶体10、第二分色镜11、第二拉曼腔12、第三分色镜13、第二二倍频晶体14、第二反射镜15、第四分色镜16、第一和频晶体17，参见图2。

其中，拉曼腔中的拉曼晶体采用金刚石晶体。第二泵浦源9输出的泵浦光先经过第一倍频晶体10进行倍频，输出二次谐波和未被吸收转换的泵浦光。其中二次谐波透过第二分色镜11进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出二阶Stokes光。其中，二阶Stokes光透过第三分色镜13进入第二二倍频晶体14输出紫外光。

未被拉曼腔吸收的二次谐波被第三分色镜13反射，在第四分色镜16处与在第二分色镜11处被反射的泵浦光合束，合束后的光进入第一和频晶体17，输出紫外光(和频光)和校准光(二次谐波)。

实施例2

本实施例与上述第一种用于大气探测的多波长脉冲激光器结构相同，并详细描述光路的搭建元件，参见图3。

第一种全固态多波长紫外光激光器包括：第三泵浦源18、第二分束镜19、第一透镜组20、第一凹面镜21、第一金刚石晶体22、第二凹面镜23、第五分色镜24、第一二分之一波片25、第一凸透镜26、第三二倍频晶体27、第四二倍频晶体28、第二凸透镜29、第二二分之一波片30、第三反射镜31、第三二分之一波片32、第二薄膜偏振片33、第四二分之一波片34、第三凸透镜35、第五二倍频晶体36、第二和频晶体37、第四凸透镜38；

其中，第三泵浦源18发出脉冲线偏振泵浦光，经过第二分束镜19后分成两束。第一束泵浦光经过第一透镜组20整形后进入拉曼腔(由第一凹面镜21、第一金刚石晶体22、第二凹面镜23构成)，激发第一金刚石晶体22的受激拉曼散射效应，输出一阶Stokes光。再通过第五分色镜24将一阶Stokes光和泵浦光分离。透过第五分色镜24的一阶Stokes光进入第三二倍频晶体27产生倍频光，之后倍频光再通过第四二倍频晶体28进行倍频，最终输出二次谐波、四次谐波(紫外光)。

分离出的泵浦光与在第二分束镜19处分出的另一束泵浦光进行合束，以提高泵浦光的利用率。合束之后的泵浦光通过第五二倍频晶体36输出二倍频光，未被吸收转换的泵浦光和二倍频光通过第一和频晶体37进行和频。最终输出倍频光(校正光)、和频光(紫外光)。

具体实现时，第一透镜组20用来对即将进入拉曼腔的泵浦光进行整型聚焦，使泵浦光和一阶Stokes光实现空间上的模式匹配，从而提高拉曼转换效率。通过第二二分之一波片30，将被第二分束镜19反射的一束偏振光转换为P偏振光。通过第三二分之一波片32，使在第二分束19处被反射的泵浦光的偏振状态转变为S偏振，从而使两束泵浦光在第二薄膜偏振片33处实现空间上的合束。一阶Stokes光进入第一倍频晶体27之前，通过第一二分之一波片25调整角度，从而以最佳角度入射，实现最大转换效率，再通过第一凸透镜26将光聚焦。一阶Stokes光二倍频后的倍频光和四倍频后的紫外光通过第二凸透镜29进行准直后输出。泵浦光进入第五二倍频晶体36之前，通过第四二分之一波片34调整角度，从而以最佳角度入射，实现最大转换效率，再通过第三凸透镜35进行聚焦。泵浦光、泵浦光二倍频后的倍频光和四倍频后的紫外光通过第四凸透镜38进行准直后输出。

实施例3

对上述实施例2中元件的参数补充说明：

其中，第三泵浦源18采用输出波长为1064nm的脉冲激光器。

其中，在拉曼腔中，第一金刚石晶体22尺寸为8×4×1.4mm，第一凹面镜21曲率半径为-100mm，第二凹面镜23曲率半径为-69mm，腔长为171mm。为了提高拉曼转换率，采取对拉曼腔镀膜的措施。其中第一金刚石晶体22两侧镀对1064nm和一阶Stokes光1240nm的高透膜，第一凹面镜21镀1064nm高透膜，一阶Stokes 1240nm光高反膜；第二凹面镜23镀1064nm高透，对一阶Stokes光1240nm透过率为40％的部分透射膜。

对于二倍频晶体、和频晶体种类的选择，在综合考虑晶体的损伤阈值、入射光的功率密度、工作应用时的环境等因素，选择将具有损伤阈值高、走离角度小稳定的物理化学性质等优点的LBO晶体作为倍频和和频的晶体。

第三二倍频晶体27采用室温下Ⅰ类相位匹配的LBO晶体，其尺寸为5×5×10mm，切割角度为θ＝90°，

晶体两端镀1240nm和620nm增透膜，实现一阶1240nm波长Stokes光的二倍频，二倍频光波长为620nm。

第四二倍频晶体28采用室温下Ⅱ类相位匹配的LBO晶体，其尺寸为5×5×25mm，切割角度为θ＝39.7°，

晶体两端镀620nm和310nm增透膜，实现620nm二倍频光的二倍频输出，即输出二阶Stokes光的四倍频，波长为310nm。

第五二倍频晶体36采用室温下Ⅰ类相位匹配的LBO晶体，其尺寸为5×5×10mm，切割角度为θ＝90°，

晶体两端镀1064nm和532nm增透膜，实现1064nm波长的泵浦光的二倍频，二倍频光波长为532nm。

第二和频晶体37采用室温下Ⅱ类相位匹配的LBO，其尺寸为5×5×25mm，切割角度为θ＝42.3°，

晶体两端镀532nm和1064nm、355nm的增透膜，实现532nm、1064nm的和频输出，和频光波长为355nm。

其中，如图4所示，需要满足L1+L4＝L2+L3，其目的是为了使从分光镜分出的另一束波长为1064nm的泵浦光与被分色镜反射的1064nm的泵浦光在时域上匹配重合，不出现脉冲交叠或错位，以提高后期转换效率。

最终实现了将一束1064nm的泵浦光先通过拉曼腔产生1240nm的一阶Stokes光，波长为1240nm的一阶Stokes光二倍频输出620nm的校准光，620nm的校准光再次二倍频输出310nm的新波长紫外光。另一束1064nm的泵浦光二倍频输出532nm的校准光，再将波长为1064nm和532nm的光进行和频，输出另一波长的355nm的紫外光。激光器最终实现310nm(新波长紫外光)、355nm(紫外光)、532nm(校正光)、610nm(校正光)的多波长输出。

实施例4

本实施例与上述第二种用于大气探测的多波长脉冲激光器结构相同，并详细描述光路的搭建元件，参见图5。

第二种全固态多波长紫外光激光器包括：第四泵浦源39、第五二分之一波片40、第五凸透镜41、第六二倍频晶体42、第五分色镜43、第二透镜组44、第三凹面镜45、第二金刚石晶体46、第四凹面镜47、第六分色镜48、第六二分之一波片49、第六凸透镜50、第七二倍频晶体51、第七凸透镜52、第四反射镜53、第七分色镜54、第七二分之一波片55、第八凸透镜56、第三和频晶体57、第九凸透镜58。

其中，第四泵浦源39发出脉冲线偏振种子光，经过第五二分之一波片40后，进入第六二倍频晶体42，输出二倍频线偏光。未被吸收转换的泵浦光被第五分色镜43反射。二倍频线偏光透过第五分色镜43之后，经过第二透镜组44整形聚焦后进入拉曼腔(由第三凹面镜45、第二金刚石晶体46、第四凹透镜47构成)，激发第二金刚石晶体46的受激拉曼散射效应，产生二阶Stokes光。二阶Stokes光通过第六分光镜48进入第七二倍频晶体51产生二倍频光，最后输出二阶拉曼倍频光(紫外光)和二阶Stokes光(校正光)。

在第六分色镜48处分被反射的二倍频光与在第五分色镜43处被反射的泵浦光在第七分色镜54处进行合束。合束后的光通过第三和频晶体57输出三倍频光，最终输出二倍频光(校正光)、三倍频(紫外光)。

具体实现时，第四泵浦源39输出的线偏光通过第五二分之一波片40调整角度，通过第五凸透镜41聚焦。调整后的泵浦光以最佳角度聚焦入射第六二倍频晶体42，实现最大的转换效率。第二透镜组44用来对即将入射到拉曼腔的二倍频光进行整型，使二倍频光和二阶Stokes光实现空间上的模式匹配，从而提高拉曼转换效率。二阶Stokes光进入第七二倍频晶体51之前，通过第六二分之一波片49调整角度，从而以最佳角度入射，实现最大转换效率，再通过凸透镜10将光聚焦，提高功率密度。二阶Stokes光二倍频后的倍频光(紫外光)和二阶Stokes光通过第七凸透镜52进行准直后输出。在第七分色镜54处合束的泵浦光和二倍频光在进入第三和频晶体57之前，通过第七二分之一波片55调整角度，从而以最佳角度入射，实现最大转换效率，再通过第九凸透镜58进行聚焦，提高功率密度。泵浦光、泵浦光二倍频后的倍频光和三倍频后的紫外光通过第九凸透镜58进行准直后输出。

实施例5：对上述实施例4中元件的参数补充

其中，第四泵浦源39采用输出波长为1064nm的脉冲激光器。

其中，在拉曼腔中，第二金刚石晶体46尺寸为8×4×1.2mm，第三凹面镜45曲率半径为-100mm，第四凹面镜47曲率半径为-100mm，腔长为202mm。为了提高拉曼转换率，采取对拉曼腔镀膜的措施。其中第二金刚石晶体46两侧镀对532nm、573nm的一阶Stokes光和620nm的二阶Stokes光的增透膜，第三凹面镜45镀532nm高透膜，573nm的一阶Stokes光、620nm的二阶Stokes高反膜；第四凹面镜47镀532nm透过率为80％的部分透膜，镀对620nm的二阶Stokes光透过率为40％的部分透射膜，镀对573nm的一阶Stokes光的高反膜。

对于倍频晶体、和频晶体种类的选择，在综合考虑晶体的损伤阈值、入射光的功率密度、工作应用时的环境等因素，选择将具有损伤阈值高、走离角度小稳定的物理化学性质等优点的LBO晶体作为倍频和和频的晶体。

第六二倍频晶体42采用室温下Ⅰ类相位匹配的LBO晶体，其尺寸为5×5×20mm，切割角度为θ＝90°，

晶体两端镀1064nm和532nm增透膜，实现1064nm泵浦光的二倍频，二倍频光波长为532nm。

第七二倍频晶体51采用室温下Ⅱ类相位匹配的LBO晶体，其尺寸为5×5×25mm，切割角度为θ＝39.7°，

晶体两端镀620nm和310nm增透膜，实现620nm二阶Stokes光的二倍频，二倍频光的波长为310nm。

第三和频晶体57采用室温下Ⅱ类相位匹配的LBO，其尺寸为5×5×25mm，切割角度为θ＝42.3°

晶体两端镀532nm和1064nm、355nm的增透膜，实现532nm、1064nm的和频输出，和频光波长为355nm。

其中，如图6所示，L5+L8＝L6+L7，其目的是为了使从第五分色镜43分出的波长为1064nm的泵浦光与被第六分色镜48反射的620nm的二阶Stokes光在时域上匹配重合，不出现脉冲交叠或错位，以提高后期转换效率。

最终实现了将一束波长为1064nm的泵浦光先通过二倍频晶体产生532nm的倍频光。532nm的光进入拉曼腔产生620nm的二阶Stokes光。620nm的二阶Stokes光再次倍频产生310nm的新波长紫外光。未被吸收转换的1064nm的泵浦光与未被吸收转换的532nm的倍频光进行和频，输出另一波长为355nm的紫外光。激光器最终实现310nm(新波长紫外光)、355nm(紫外光)、532nm(校正光)、610nm(校正光)的多波长输出。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：第一泵浦源，其特征在于，

所述第一泵浦源发出的泵浦光在第一分束镜处分成两束，一束进入拉曼腔，使第一金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出一阶Stokes光；

所述一阶Stokes光透过第一分色镜进入倍频模块输出紫外光和校正光，未被吸收的泵浦光被第一分色镜反射之后与在第一分束镜处分出的另一束泵浦光在薄膜偏振片处合束，进入三倍频模块，输出紫外光和校正光。

2.根据权利要求1所述的一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述拉曼腔由第一凹面镜、第一金刚石晶体、第二凹面镜构成，泵浦光激发第一金刚石晶体的受激拉曼散射效应，输出一阶Stokes光。

3.根据权利要求1所述的一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

第一透镜组，用于对即将进入拉曼腔的泵浦光进行整型聚焦，使泵浦光和一阶Stokes光实现空间上的模式匹配；

第二二分之一波片，用于将被第一分束镜反射的一束偏振光转换为P偏振光，通过第三二分之一波片，使在第一分束镜处被反射的泵浦光的偏振状态转变为S偏振，从而使两束泵浦光在薄膜偏振片处实现空间上的合束；

一阶Stokes光进入三倍频模块之前，通过第一二分之一波片调整角度，再通过第一凸透镜将光聚焦；

一阶Stokes光二倍频后的倍频光和四倍频后的紫外光通过第二凸透镜进行准直后输出。

4.根据权利要求1所述的一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，其特征在于，

将一束1064nm的泵浦光先通过拉曼腔产生1240nm的一阶Stokes光，1240nm的一阶Stokes光二倍频输出620nm的校准光，620nm的校准光再次二倍频输出310nm的新波长紫外光；

另一束1064nm的泵浦光二倍频输出532nm的校准光，再将1064nm和532nm的光进行和频，输出另一波长为355nm的紫外光；

所述激光器最终实现310nm新波长紫外光、355nm紫外光、532nm校正光、610nm校正光的多波长输出。

5.一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，包括：第二泵浦源，其特征在于，

所述第二泵浦源输出的泵浦光经第一倍频晶体进行倍频，输出二次谐波和未被吸收转换的泵浦光；二次谐波透过第二分色镜进入拉曼腔，使金刚石晶体产生受激拉曼散射，输出二阶Stokes光；

二阶Stokes光透过第二分色镜进入第二倍频晶体输出紫外光，未被拉曼腔吸收的二次谐波被第二分色镜反射，在第三分色镜处与在第二分色镜处被反射的泵浦光合束，合束后的光进入第一和频晶体，输出紫外光和校正光。

6.根据权利要求5所述的一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，其特征在于，所述激光器包括：

第二泵浦源输出的线偏光通过第五二分之一波片调整角度，通过第五凸透镜聚焦；调整后的泵浦光以最佳角度聚焦入射第六二倍频晶体，实现最大的转换效率；

第二透镜组用于对即将入射到拉曼腔的二倍频光进行整型，使二倍频光和二阶Stokes光实现空间上的模式匹配；

二阶Stokes光进入第七二倍频晶体之前，通过第六二分之一波片调整角度，再通过凸透镜将光聚焦，提高功率密度；

二阶Stokes光二倍频后的紫外光和二阶Stokes光通过第七凸透镜进行准直后输出，在第七分色镜处合束的泵浦光和二倍频光在进入第三和频晶体之前，通过第七二分之一波片调整角度，再通过第九凸透镜进行聚焦。

7.根据权利要求5所述的一种用于大气探测的多波长脉冲激光器，其特征在于，

将一束1064nm的泵浦光先通过二倍频晶体产生532nm的倍频光，532nm的光进入拉曼腔产生620nm的二阶Stokes光；620nm的二阶Stokes光再次倍频产生310nm的新波长紫外光；

未被吸收转换的1064nm的泵浦光与未被吸收转换的532nm的倍频光进行和频，输出另一波长为355nm的紫外光；

激光器最终实现310nm新波长紫外光、355nm紫外光、532nm校正光、610nm校正光的多波长输出。

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