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本发明提供一种提高空气激光亮度的装置及方法。基于不同分子转动特性差异提高空气激光亮度的装置，包括：近红外飞秒激光器、第一分束镜、半波片、延迟模块、第二分束镜、聚焦透镜、准直透镜、衰减片、收集透镜和光栅光谱仪；所述近红外飞秒激光器输出800纳米近红外线偏振飞秒激光，经过第一分束镜后被分成两束强度不同的飞秒激光，较强的一束作为泵浦光，较弱的一束作为对准光，其中，较弱的对准光通过半波片进行调节，以改变对准光的偏振方向，使其偏振方向与另一束泵浦光平行或者垂直。本发明提供的提高空气激光亮度的装置及方法具有装置简单、灵敏度高和信噪比高的特点，有利于实现空气激光在远程探测中的应用的优点。