專利名稱：產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種受激拉曼光的裝置，尤其是一種產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置。
背景技術(shù)：
目前，人們?yōu)榱颂綔y大氣中污染氣體的空間分布廓線，常采用差分吸收激光雷達的方法。而差分吸收激光雷達所需要的激光光源通常受到激光介質(zhì)的限制，其輸出的波長是有限的。為了擴展激光的輸出波長，人們常常會使用受激拉曼效應(yīng)來產(chǎn)生具有激光同樣性質(zhì)的受激拉曼激光，如在2005年3月9日公告的中國實用新型專利說明書CN 2684189Y中披露的一種“車載測污激光雷達的拉曼管光路裝置”。該專利說明書中提及的激光雷達的拉曼管光路裝置由激光器及其輸出光路上置有的管內(nèi)充有甲烷氣體的拉曼管和凸透鏡組成，其中，拉曼管的輸入端窗口為聚光凸透鏡、輸出端窗口為凹透鏡。激光雷達工作時，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)拉曼管輸入端的聚光凸透鏡聚焦、拉曼管內(nèi)氣體的散射、拉曼管輸出端的凹透鏡與其輸出光路上的凸透鏡組合后的準直，成為所需波長的激光而發(fā)射出去。但是，這種拉曼管光路裝置雖有著拉曼管長和拉曼管光路均較短的優(yōu)點，卻也存在著拉曼管內(nèi)僅充有一種活性氣體，產(chǎn)生的受激拉曼激光的波長較少，不能提供臭氧差分吸收激光雷達所需要的波長對的不足；盡管可將拉曼管光路裝置與其它分立的光束產(chǎn)生裝置共同使用，來滿足臭氧差分吸收激光雷達所需的波長對，卻又有著不易獲得同光束輸出多波長光束的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置。為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置由激光器及其輸出光路上的聚焦透鏡、拉曼管和準直部件組成，特別是，所述激光器與聚焦透鏡之間的光路上置有倍頻器；所述拉曼管中充有氣壓為1.2 3.4MPa的混合氣體，所述混合氣體由氘氣、氫氣和氦氣組成，其相互之間的比例為0.8 1.2: 0.23 0.27: 0.29 0.33。作為產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置的進一步改進，所述的混合氣體的氣壓為
2.5MPa ;所述的氣氣、氫氣和氦氣之間的比例為1: 0.25: 0.31 ;所述的激光器為輸出波長1064nm、脈沖能量150 250mJ的Nd = YAG激光器；所述的聚焦透鏡的焦距為30 60cm ；所述的準直部件由同光軸的凹透鏡與凸凹透鏡組合而成，其中，凹透鏡的焦距為-30 60cm,凸凹透鏡的焦距為20 30cm。相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，采用在激光器及其輸出光路上置有的聚焦透鏡、拉曼管和準直部件的基礎(chǔ)上，再于激光器與聚焦透鏡之間的光路上設(shè)置倍頻器，以及拉曼管中充有氣壓為1.2 3.4MPa的、由氘氣、氫氣和氦氣組成的混合氣體，其中，氘氣、氫氣和氦氣之間的比例為0.8 1.2: 0.23 0.27: 0.29 0.33的技術(shù)方案；既由于倍頻器的添置而較大地改變了拉曼管受激激光光源的波長范圍，又因拉曼管中兩種活性氣體氘氣和氫氣的存在而使其受激產(chǎn)生出了多束不同波長的同光束受激拉曼激光，使其不僅直接提供出了臭氧差分吸收激光雷達所需要的波長對，還因準直部件的修正而使其可以單獨作為激光雷達的發(fā)射光源，來同時發(fā)射多波長同光束高準直度的差分激光束。此種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、輸出具有高準直性光束的裝置除極大地提高了激光雷達測量的精確度、實時性和自動化程度之外，還大大地降低了激光雷達的制造和運行成本，以及維護、調(diào)整的工作量。作為有益效果的進一步體現(xiàn)，一是混合氣體的氣壓優(yōu)選為2.5MPa，氘氣、氫氣和氦氣之間的比例優(yōu)選為1: 0.25: 0.31，便于獲得多束不同波長的同光束受激拉曼激光。二是激光器優(yōu)選為輸出波長1064nm、脈沖能量150 250mJ的Nd: YAG激光器，不僅滿足了所需激光波長和能量的要求，還有著體積小、工作穩(wěn)定可靠的特點。三是聚焦透鏡的焦距優(yōu)選為30 60cm，大大地降低了受激拉曼的閾值能量，為使用發(fā)射能量較低的激光器奠定了基礎(chǔ)。四是準直部件優(yōu)選由同光軸的凹透鏡與凸凹透鏡組合而成，其中，凹透鏡的焦距優(yōu)選為-30 60cm，凸凹透鏡的焦距優(yōu)選為20 30cm，利于將兩個不同波長的激光光束以幾乎完全一致的光束發(fā)射到大氣中進行探測，有效的消除了激光雷達近端兩路光幾何因子差異造成的誤差，進一步地提高了測量的精度和可靠性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。圖1是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1，激光器I的輸出光路2上依次置有倍頻器3、聚焦透鏡4、拉曼管5和準直部件6。其中，激光器I為輸出波長1064nm、脈沖能量150 250mJ的Nd = YAG激光器；現(xiàn)選擇的脈沖能量為200mJ，脈沖頻率為20Hz。倍頻器3為通用的非線性晶體，現(xiàn)選擇兩塊非線性晶體，并封裝在密封的盒子中。聚焦透鏡4的焦距可為30 60cm ;現(xiàn)選擇為30cm。拉曼管5中充有氣壓為1.2 3.4MPa的混合氣體，混合氣體由氘氣、氫氣和氦氣組成，其相互之間的比例為0.8 1.2: 0.23 0.27: 0.29 0.33 ;現(xiàn)選擇混合氣體的氣壓為2.5MPa，氘氣、氫氣和氦氣之間的比例為1: 0.25: 0.31。準直部件6由同光軸的凹透鏡61與凸凹透鏡62組合而成，其中，凹透鏡61的焦距為-30 60cm，凸凹透鏡62的焦距為20 30cm ;現(xiàn)選擇凹透鏡61的焦距為15cm，凸凹透鏡62的焦距為25cm。使用時，Nd = YAG激光器I輸出的1064nm波長的激光經(jīng)倍頻器3倍頻后轉(zhuǎn)化為266nm波長的激光，該266nm波長的激光經(jīng)聚焦透鏡4聚焦至拉曼管5中后，作用于氘氣和氫氣使其發(fā)生了非線性的受激拉曼散射，產(chǎn)生了波長分別為289nm和299nm的兩束激光。這兩束激光為氘氣和氫氣的第一級Stokes光，另外第2級和第3級的Stokes光也同光束產(chǎn)生，發(fā)射出同光束的波長分別為316nm、349nm、341nm和397nm的受激拉曼激光。這些多個不同波長的同光束受激拉曼激光再經(jīng)準直部件6對其進行的擴束壓縮發(fā)散角的變換后，即變成了高準直度的同光束發(fā)射的多波長激光光束。若僅為測量大氣中的臭氧，則在邊界層臭氧差分吸收激光雷達中只需優(yōu)化選擇289nm和299nm這對波長的激光進行測量即可滿足要求。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，由激光器(I)及其輸出光路(2)上的聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)和準直部件(6)組成，其特征在于: 所述激光器⑴與聚焦透鏡⑷之間的光路⑵上置有倍頻器⑶； 所述拉曼管(5)中充有氣壓為1.2 3.4MPa的混合氣體，所述混合氣體由氘氣、氫氣和氦氣組成，其相互之間的比例為0.8 1.2: 0.23 0.27: 0.29 0.33。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，其特征是混合氣體的氣壓為2.5MPa0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，其特征是氘氣、氫氣和氦氣之間的比例為1: 0.25: 0.31。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，其特征是激光器(I)為輸出波長1064nm、脈沖能量150 250mJ的Nd = YAG激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，其特征是聚焦透鏡(4)的焦距為30 60cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置，其特征是準直部件(6)由同光軸的凹透鏡(61)與凸凹透鏡(62)組合而成，其中，凹透鏡(61)的焦距為-30 60cm，凸凹透鏡(62)的焦距為20 30cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生多波長受激拉曼光的裝置。它由激光器(1)及其輸出光路(2)上的聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)和準直部件(6)組成，特別是激光器(1)與聚焦透鏡(4)間的光路(2)上置有倍頻器(3)，拉曼管(5)中充有氣壓為1.2～3.4MPa的混合氣體，混合氣體由氘氣、氫氣和氦氣組成，其相互間的比例為0.8～1.2∶0.23～0.27∶0.29～0.33；所述的聚焦透鏡(4)的焦距為30～60cm，所述的準直部件(6)由同光軸的凹透鏡(61)與凸凹透鏡(62)組合而成，其中，凹透鏡(61)的焦距為-30～60cm，凸凹透鏡(62)的焦距為20～30cm。它不僅可直接提供臭氧差分吸收激光雷達所需要的波長對，還可單獨作為激光雷達的發(fā)射光源，同時發(fā)射多波長同光束的差分激光束。
文檔編號G02F1/35GK103185712SQ20111046087
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者曹開法, 邵石生, 胡順星 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所