激光是20世纪人类的重大科技发明之一。作为高科技研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光有关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。
激光的发展史追溯到1917年，爱因斯坦提出光的受激辐射的概念，预见到受激辐射光放大器的诞生，也就是激光产生的可能性。1960年美国科学家梅曼宣布研制成功世界上第一台红宝石激光器，1961年我国科学家邓锡铭、王之江制成我国第一台红宝石激光器。
随着激光技术的发展，目前已经发展了气体激光器、固体激光器、光纤激光器等各类分支。作为激光雷达的发射光源，激光器也经历了一系列升级与更新，固体激光器作为最有优势的光源已广泛应用于激光雷达领域。
图1 1960年美国研制成功第一台红宝石激光器
激光器工作原理
激光的发光原理是光的受激辐射，使处在激发态的原子受到外来的光机理作用而跃迁到低能级，同时发出一个与外来激励光子完全相同的光子，从而实现光的放大。
图2 激光器工作原理
臭氧激光雷达激光器的发展
拉曼激光器是一种成熟且有效的激光设备，可以扩展常规激光器的发射波长。输出波长取决于泵浦光波长及拉曼活性介质的拉曼光谱，可以实现非常高效的频率转换。受激拉曼散射（SRS）是一种非弹性散射过程，伴随着拉曼介质内部模式的激发。
当激光泵浦拉曼介质时，入射光子与介质分子之间的非弹性作用产生能量变化，产生相对于泵浦光固定频移的激光出现，采用不同的谐振腔结构及参数优化，可以实现高性能拉曼激光输出。
应用于臭氧激光雷达的拉曼激光器至今已经历了三个发展阶段，分别是一代气体拉曼激光器（2012-2018年）；二代固体拉曼激光器（2019-2021年）及三代全固态高重频免调谐拉曼激光器（2021-2023年）。
01 气体拉曼激光器
图3 气体拉曼激光实验装置
02 固体拉曼激光器
图4 固体拉曼激光实验装置
03 全固态高重频免调谐拉曼激光器
图5 三代激光器实物图
中科环光自研自制的核心技术产品——臭氧激光雷达
中科环光自主研发的第三代臭氧激光雷达，基于差分吸收原理，利用臭氧的吸收特性测量气体的浓度分布。激光雷达以高度重复频率向大气中发射一对或几对不同波长脉冲探测光、选取的波长对非常接近，其中一个波长位于臭氧吸收较强的位置，而另一个波长位于臭氧吸收很弱或无吸收的位置，根据两束激光在不同高度上的回波信号的差异确定臭氧的浓度， 从而实现对臭氧时空分布的探测。
臭氧激光雷达的激光器光源使用Nd:YAG二倍频（532nm）泵浦，获得固体拉曼激光，优点在于：拉曼转换效率高，光束质量好，线宽小，波长稳定；拉曼频移器体积小（光学腔长仅数cm）；黄光倍频至紫外波长更容易（匹配角容差大、损伤阈值低）。
图6 中科环光三代臭氧激光雷达实物图