This work was supported in part by the Washington Space Grant Consortium under Award NNX10AK64H.

1. Planung der Experimente <ol><li> Führen Sie eine Überblick über die Literatur zum Stand der Arbeiten zu bewerten unter Verwendung des Lasermediums von Interesse, die für dieses Experiment ist CH 2 F 2. Identifizieren Sie alle bekannten Laseremissionen zusammen mit allen Informationen zu den Linien, wie ihre Wellenlänge und Frequenz. Mehrere Erhebungen der bekannten Laseremissionen sind 13,31 - 37. </li><li> Kompilieren Sie alle spektroskopischen Untersuchungen des Moleküls als das Lasermedium mit einem Schwerpunkt auf dem Stand der Fourier-Transformation 34 und optoakustischen Studien 38,39. </li></ol> 2. Erstellen von Ferninfrarot-Laser-Emissions <ol><li> Sicherheit Übersicht. <ol><li> Entwickeln Sie eine Standardarbeitsanweisung für das Labor, das richtige Augenschutz umfasst bei der Arbeit mit dem CO 2 und Fern-Infrarot-Lasersystemen. </li></ol></li><li> Ausrichtung und Kalibrierung. <ol><li> Kalibrieren Sie jeden CO 2 laser mit einem gitterbasierte Spektrumanalysator für den CO 2 -Laser ausgebildet gemäß dem Protokoll des Herstellers. </li><li> Ausrichten der Endspiegel und dem Koppelspiegel im fernen Infrarotlaserhohlraum unter Verwendung eines He-Ne-Laser, so daß ihre Strahlung auf die MIM-Diode Detektor fokussiert. </li><li> Direkt der Strahlung von der CO 2 Pumplaser in die Fern-Infrarot-Laser-Resonator durch einen Natriumchlorid-Fenster in einem Winkel von ungefähr 72 o gegenüber der Hohlraumachse. </li><li> Leiten die Strahlung von den zwei CO 2 Referenzlasern, um entweder ihre jeweiligen Niederdruckfluoreszenzreferenzzelle oder co-linear auf das MIM-Diodendetektor, der Strahlteiler und zusätzliche Spiegel. </li></ol></li><li> Detektion von Fern-Infrarot-Laserstrahlung. <ol><li> Polieren Sie die Nickel-Basis alle paar Tage mit einem Standard-Metallpolitur. </li><li> Crimp einen 25 &amp; mgr; m Wolframdraht in eine Kupfer Post und biegen Sie den Draht in die Konfiguation in Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Die Länge des Drahtes, so dass es zwischen 10 bis 20 Wellenlängen der Strahlung gemessen wird. </li><li> Elektrochemisch zu ätzen, die Spitze des Drahtes in einer gesättigten Natriumhydroxid (NaOH) durch Anlegen einer Spannung (ca. 3,5 bis 5 VAC) zu der Lösung. </li><li> Re-ätzen die Spitze mit einer niedrigen Spannung (weniger als 1 VAC). Diese raut die Spitze des Drahtes und verbessert die Leistung der Diode. </li><li> Spülen Sie den Draht mit destilliertem Wasser. </li><li> Legen Sie die Kupfer Beitrag in das Gehäuse des MIM-Diode, wenn der Draht trocken ist. </li><li> Setzen Sie den Draht in Kontakt mit der Nickel-Basis mit einem feinen Schraube und Level-System. Kontakte wobei ein Widerstand über die Diode, die zwischen 100 und 500 Ω werden typischerweise verwendet, wenn Erfassung und Messung fernen Infrarotlaserstrahlung. </li></ol></li><li> Erzeugung von Fern-Infrarot-Laserstrahlung. <ol><li> Stellen Sie den CO 2 Pumplaser auf einem bestimmten Laser emission, z. B. 9 P 36. </li><li> Drehen Sie die Messuhr an der CO 2 Pumplaser und zurück, um maximale Intensität auf die Strahlblende zu erreichen. </li><li> Stellen Sie die Neigung des CO2 Pumplaser des Gitters, um eine maximale Intensität auf der Strahlblende zu erreichen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.4.2 und 2.4.3 bis die Ausgangsleistung für den CO 2 Pumplaser erscheint auf der Strahlblende optimiert. </li><li> Entfernen Sie die Strahlblende aus dem Weg des CO 2 Pumplaser. </li><li> Einzuschalten und Ausrichten der optischen Unterbrecher in den Strahlengang des CO 2 Pumplaser. </li><li> Öffnen des Ventils an der CH 2 F 2 Zylinder das Fern-Infrarot-Lasermedium in die Fern-Infrarot-Laserhohlraum einzuführen. </li><li> Einstellen des Dosierventils an der Einlassleitung, bis ein Druck von etwa 10 Pa erreicht ist. Hinweis: Nur die ungefähre Druck ist erforderlich, da es als eine Möglichkeit zur systematischen Abtastung des fernen Infrarotlaser c verwendet wirdavity. </li><li> Setzt die Position des Ausgangskopplers, so daß seine äußersten Spitze ist etwa 1 cm von der Mitte des Laserhohlraums, wie durch einen Skalenring an der Außenseite des Laserresonators dargestellt. Anmerkung: Nur die ungefähre Lage ist erforderlich, da es als eine Möglichkeit zur systematischen Abtastung des fernen Infrarotlaserhohlraum eingesetzt wird. </li><li> Passen Sie die Position des beweglichen Fern-Infrarot-Laserspiegel in etwa 0,25 mm-Schritten durch Drehen des kalibrierten Feinmessuhr hin und her. Gleichzeitig Abstimmung der Frequenz des CO 2 Pumplaser durch seine Verstärkungskurve durch eine Änderung der über die CO 2 Pumplaser des piezoelektrischen Wandler (PZT) angelegten Spannung. </li><li> Wenn kein Signal auf dem Oszilloskop-Anzeige beobachtet wird, wiederholen Schritt 2.4.10 mit dem Ausgangskoppler bewegt, um die nächste Position, wo sich die Spitze etwa 1,5 cm von der Mitte des Laserhohlraums, wie durch einen Skalenring an der Außenseite der Laserdeutet Hohlraum. </li><li> Wenn kein Signal auf dem Oszilloskop-Anzeige beobachtet wird, wiederholen Schritt 2.4.10 mit dem Ausgangskoppler bewegt, um die nächste Position, an der Spitze von etwa 2 cm von der Mitte des Laserhohlraums, wie durch einen Skalenring an der Außenseite der Laserdeutet Hohlraum. </li><li> Wenn kein Signal auf dem Oszilloskop-Anzeige beobachtet, wiederholen Sie die Schritte 2.4.9 bis 2.4.12 mit einem Fern-Infrarot-Laserdruck von ca. 19 Pa, wie mit dem Dosierventil auf der Einlassleitung eingestellt. </li><li> Wenn kein Signal auf dem Oszilloskop-Anzeige beobachtet, wiederholen Sie die Schritte 2.4.9 bis 2.4.12 mit einem Fern-Infrarot-Laserdruck von ca. 27 Pa, wie mit dem Dosierventil auf der Einlassleitung eingestellt. </li><li> Wenn kein Signal auf dem Oszilloskop-Anzeige beobachtet, legen Sie die Strahlblende in den Lauf von der CO 2 Pumplaser und Schließen des Ventils auf der CH 2 2 Zylinder, bis die Fern-Infrarot-Laser-Druck etwa 0 Pa. </li><li> Stellen Sie den CO 2 PumpenLaser auf die nächste Laseremission, beispielsweise 9 P 34 und die Optimierung der Ausgangsleistung unter Verwendung der Schritte 2.4.2 bis 2.4.4. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.4.5 bis 2.4.16, bis alle von der CO 2 Pumplaser erzeugten Emissionen eingesetzt werden. Bei der Suche nach fernen Infrarot Laserlinien, legen einen Fokus auf CO2-Pumplaser-Emissionen, deren Frequenzen überlappen mit beliebigen Absorptionsbereiche in Schritt 1.2 identifiziert. </li></ol></li><li> Charakterisierung von Fern-Infrarot-Laser-Emissionen. <ol><li> Gleichzeitig den Druck des im fernen Infrarot-Lasermedium, das zu dem CO 2 Pumplasers PZT angelegte Spannung, und die Position des Ausgangskopplers einzustellen, bis die Ausgangsleistung der Fern-Infrarot-Laser-Emission ist maximiert wird (durch eine maximale Spitze-fest Spitzensignal von der MIM-Diodendetektor, wie auf dem Oszilloskop-Display, ähnlich beobachtet Abbildung 4). </li><li> Drehen Sie die Messuhr Uhrzeigersinn, bis die Fern-Infrarot-Laseremission auf beobachtetdas Oszilloskop-Display. Notieren Sie die Position der Messuhr. </li><li> Drehen Sie den Mikrometer-Ring nach rechts für weitere 20 Betriebsarten entsprechend dem gleichen Fern-Infrarot-Laseremission. Notieren Sie die Position der Messuhr. </li><li> Subtrahieren Sie die Position der Messuhr in Schritten 2.5.2 und 2.5.3. Teilen diese Differenz durch 10, um die Wellenlänge der fernen Infrarotlaseremission zu erhalten. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.5.2 bis 2.5.4 insgesamt fünf Mal und mitteln die Wellenlänge des Fern-Infrarot-Laseremission. Mittlere Laserwellenlängen durch das Durchlaufen von mindestens 20 benachbarten Längsmoden gemessen eine Eins-Sigma-Unsicherheit von ± 0,5 um. </li><li> Messen der Polarisation des Fern-Infrarot-Laserstrahlung relativ zu dem CO 2 Pumpstrahlung, entweder mit einer Golddrahtgitter-Polarisator (394 Linien / cm) oder ein Brewster-Polarisator. </li></ol></li></ol> 3. Bestimmung Ferninfrarot-Laserfrequenzen <ol><li> Identifizierening die CO 2 Referenzlaser-Emissionen. <ol><li> Berechnen der Frequenz des Ferninfrarot-Laseremission auf der Grundlage ihrer gemessenen Wellenlänge. </li><li> Identifiziert Gruppen von CO 2 Referenzlaser, deren Frequenzdifferenz innerhalb einigen GHz der berechneten Frequenz für die Fern-Infrarot-Laserstrahlung 40. Eine typische Liste für solche Messungen verwendet wird, in Tabelle 1 gezeigt. </li></ol></li><li> Die Suche nach dem Heterodyn-Schwebungssignals. <ol><li> Identifizieren Sie den ersten Satz von CO 2 Referenzlaserlinien und stellen jedes CO 2 Referenzlaser auf ihren jeweiligen Laseremission. </li><li> Optimieren Sie die Leistung für jeden CO 2 Referenzlaser mit Schritte 2.4.2 bis 2.4.4 und den Monitor-Leistungsmesser. <ol><li> Einstellen einer Blende, entweder intern oder extern zu jedem Referenzlasers, so daß die Leistung von jedem CO 2 Referenzlasers beträgt ungefähr 100 mW, wie durch den in dargestellten Monitorleistung gemessenAbbildung 2. </li></ol></li><li> Blockieren der Strahlung von der CO 2 Pumplaser mit einem Strahlstopp beim Entsperren der Strahlung von den CO 2 Referenzlasern. </li><li> Einzuschalten und Ausrichten der optischen Unterbrecher in die kollineare Strahlengang der CO 2 Referenzlasern. </li><li> Optimiert für eine maximale Spitze-zu-Spitze-Spannung jedes CO 2 Referenzlaseremission auf dem MIM Diodendetektor mit mehreren Spiegel, Strahlteiler und ein 2,54 cm Brennweite ZnSe Plankonvexlinse während er das Ausgangssignal auf dem Oszilloskop, ähnlich 5, . </li><li> Blockieren der Strahlung von der CO 2 Referenzlaser mit einem Strahlstopp beim Entsperren der Strahlung von der CO 2 Pumplaser. </li><li> Erneute Optimierung der CO 2 Pumplaser und der Fern-Infrarot-Laser, wie erforderlich, so dass das Fern-Infrarot-Laserstrahlung hat eine maximale Spitze-zu-Spitze-Spannung, wie auf dem Oszilloskop beobachtet. </li><li> Trennen ter MIM Ausgangsdiode Detektors vom Oszilloskop und schließen Sie es an einen Verstärker, dessen Ausgang auf einem Spektrum-Analysator beobachtet. </li><li> Entsperren der Strahlung von den CO 2 Referenzlasern. </li><li> Entfernen Sie das optische Chopper Modulieren der CO 2 Pumpe und Referenzlaser. </li><li> Den Spektrumanalysator auf einem 40-MHz-Spanne und die Suche nach dem Überlagerungssignal in 1,5 GHz-Schritten durch manuelles Scannen dieser Frequenzbereich mit Einstellknopf des Spektrumanalysators. </li><li> Wenn kein Überlagerungssignal beobachtet wird, trennen Sie den Ausgang des MIM-Diode des Verstärkers und schließen Sie es an das Oszilloskop. </li><li> Blockieren die Strahlung von den CO 2 Referenzlaser und setzen Sie die optischen Unterbrecher in den Lauf von der CO 2 Pumplaser. </li><li> Die Schritte 3.2.2 bis 3.2.13 wie nötig, bis die Spektrum-Analysator wurde verwendet, um die Schwebungssignal zwischen 0 und 12 GHz zu suchen. </li><li> Wenn kein Überlagerungssignal wird beobachtet, repebei den Schritten 3.2.2 bis 3.2.14 mit einem anderen Satz von CO 2 Referenzlaserlinien bis entweder das Schwebungssignal beobachtet wird, oder alle möglichen Sätze von CO 2 Referenzlaserlinien sind erschöpft. </li></ol></li><li> Stabilisierung der CO 2 Referenzfrequenzen. <ol><li> Eine Spannung zwischen 0 und 900 V, um die erste CO 2 Referenzlasers PZT so dass das Signal von seiner jeweiligen Fluoreszenzreferenzzelle ist in der Mitte der Lamb-Dip, in Figur 6 veranschaulicht und auf einem Oszilloskop, wie in 7 zu sehen. </li><li> Aktivieren Sie die Rückkopplungsspannung an den ersten CO 2 Referenz Lasers PZT mit einem speziell angefertigten Lock-in / Servoverstärker, so dass es bleibt auf der Mitte der Lamb dip gesperrt angewendet. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.3.1 und 3.3.2 für die zweite CO2-Referenzlaser. </li><li> Den Ausgang der Vorverstärker auf einem Oszilloskop visuell zu überwachen, wie in Figur 7, ENsicher, dass die Referenz-Laser bleibt gesperrt. </li></ol></li><li> Messung der Schwebungsfrequenz. <ol><li> Zentrieren Sie das Schwebungssignal auf der Spektrum-Analysator-Anzeige und stellen Sie die Amplitude seiner Größe auf dem Display zu maximieren. </li><li> Den Spektrumanalysator zu zwei gleichzeitigen Spuren des Schwebungssignals, wie in Abbildung 8 zu sehen, indem Sie die Clear-Write-Funktion für beide Trace 1 und Trace 2. Eine Spur wird die momentane Signal angezeigt, während die andere die maximale Signal aufzeichnen (unter Verwendung von ein Max-Hold-Funktion auf dem Spektrum-Analysator für die zweite Spur). </li><li> Drehen Sie die Messuhr an der Fern-Infrarot-Laser-Resonator hin und her über die Verstärkungskurve für eine gegebene Hohlraummode. </li><li> Verwenden Sie die Ansicht-Funktion auf dem Spektrum-Analysator, um die zweite (Max Hold) Spur einfrieren, wenn eine symmetrische Muster erhalten wird. </li><li> Leicht drehen Sie den Mikrometer-Ring nach rechts, um die Länge der Fern-Infrarot-Laser-Hohlraums zu verringern. Gleichzeitig beachten Sie die U-Booteequent kleine Verschiebung der Schwebungsfrequenz am Spektrumanalysator aufgrund dieser leichten Erhöhung der Frequenz des Ferninfrarot-Laser. </li><li> Zeigen Marker an der Halbwertsbreite Punkte des symmetrischen Muster (Max Hold-Trace) mit der Marker-Funktion mit der Delta-Funktion auf dem Spektrum-Analysator. </li><li> Messen Sie die Mittenfrequenz des Überlagerungssignals mit dem Span Pair-Funktion auf dem Spektrum-Analysator. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.4.1 bis 3.4.7. </li><li> Lösen Sie die Sperre in / Servoverstärker für jeden CO 2 Referenzlaser, um jeden Laser von seiner Mittenfrequenz zu entsperren und neu optimieren jede CO 2 Referenzlaser. </li><li> Re-Sperren der Referenzlaser mit Schritte 3.3.1 bis 3.3.4. </li><li> Die Schritte 3.4.1 bis 3.4.10 für insgesamt 6 Messungen. Wenn Sie fertig sind, entsperren jedes CO 2 Referenzlaser aus seiner Mittenfrequenz. </li><li> Berechnen der revidierten Frequenz des Fern-Infrarot-Laser-Emission unter Verwendung dieser Überlagerungs frezen, um eine genaue Voraussage für den zweiten Satz von CO 2 Referenzlaserlinien zu erhalten. </li><li> Identifiziert eine andere Gruppe CO 2 Referenzlaser, deren Frequenzdifferenz innerhalb einigen GHz der berechneten Frequenz für die Fern-Infrarot-Laser-Emission. </li><li> Optimieren Sie den nächsten Satz von CO 2 Referenzlaserlinien auf dem MIM-Diodendetektor und erhalten das Schwebungssignal mit Schritten 3.2.2 bis 3.2.15 wie nötig. </li><li> Verriegeln Sie den neuen Satz von CO 2 Referenzlaserlinien unter Verwendung der Schritte 3.3.1 bis 3.3.4. </li><li> Die Schritte 3.4.1 bis 3.4.10 für insgesamt 6 Messungen. Wenn Sie fertig sind, entsperren jedes CO 2 Referenzlaser aus seiner Mittenfrequenz. </li><li> Legen Strahl stoppt in den Wegen der CO 2 Pumpe und Referenzlaser. </li></ol></li><li> Berechnung des fernen Infrarotlaserfrequenz. <ol><li> Berechnen Sie das unbekannte Fern-Infrarot-Laserfrequenz, ν FIR, mit der gemessen werdenbei der Frequenz durch die Beziehung FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν Schlag | Gl. 1 wo | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ist der Betrag der Differenzfrequenz der beiden CO 2 Referenzlasern und synthetisiert | ν Schwebungs | ist die Grße der Schwebungsfrequenz. Die ± Zeichen in Gl. 1 wird experimentell aus Schritt 3.4.5 bestimmt. </li><li> Erhalten mittlere Frequenz und die Berechnung derUnsicherheit. </li></ol></li></ol>

Certain commercial equipment is identified in this paper to foster understanding. Such identification does not imply recommendation or endorsement by the authors, nor does it imply that the equipment identified is necessarily the best available for the purpose.

Es gibt mehrere wichtige Schritte im Protokoll, das einige zusätzliche Diskussion erforderlich. Bei der Messung des fernen Infrarotlaserwellenlänge, wie in Schritt 2.5.3 dargelegt, ist es wichtig, in dem Modus des fernen Infrarotlaserstrahlung verwendet wird, zu gewährleisten. Mehrere Modi eines fernen Infrarot-Laserwellenlänge (dh TEM 00, TEM 01, etc.) innerhalb des Laserhohlraums erzeugt werden und somit ist es wichtig zu erkennen, die entsprechenden benachbarten Hohlraummoden verwen...

Die Messung des fernen Infrarotlaserfrequenzen wurde zuerst von Hocker geführt und Mitarbeiter 1967 Sie maßen die Frequenzen für die 311 und 337 &amp; mgr; m-Emissionen aus dem Direktentladung Cyanwasserstoff Laser durch Mischen mit hohen Harmonischen eines Mikrowellensignals in einer Siliziumdiode 1. Um höhere Frequenzen zu messen, wurden eine Kette von Lasern und harmonische Mischvorrichtungen verwendet, um die Laser Harmonischen 2 zu erzeugen. Schließlich zwei stabilisierten Kohlendioxid (CO 2) -Laser wurden so gewählt, synthetisieren die notwendige Differenzfrequenzen 3,4. Heute können Fern-Infrarot-Laser-Frequenzen bis 4 THz mit dieser Technik nur unter Verwendung der ersten Harmonischen der Differenzfrequenz von zwei erzeugten Mess stabilisierten CO 2 Referenzlasern. Höherfrequenten Laseremissionen können auch unter Verwendung der zweiten Harmonischen, wie zum Beispiel der 9 THz Laseremissionen aus dem Methanol Isotopologen CHD 2 OH und CH 3 </sub&gt; 18 OH. 5,6 Im Laufe der Jahre hat sich die genaue Messung der Laserfrequenzen eine Reihe von wissenschaftlichen Experimenten 7,8 wirkt und erlaubt die Annahme einer neuen Definition des Meters von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht in Paris 1983 9-11 Heterodyn-Techniken, wie sie beschrieben wird, immens nützlich bei der Messung von Ferninfrarot-Laserfrequenzen von optisch gepumpte Moleküllaser erzeugt worden ist. Seit der Entdeckung des optisch gepumpten Laser Molekular von Chang und Brücken 12, Tausende von optisch gepumpter Ferninfrarot-Laser-Ausstoß mit einer Vielzahl von Lasermedien erzeugt wurden. B. Difluormethan (CH 2 F 2) und ihre Isotopologen erzeugen über 250 Laseremissionen bei optisch durch einen CO 2 -Laser gepumpt. Deren Wellenlängen im Bereich von etwa 95,6 bis 1714,1 &amp; mgr; m. 13 - </sbis&gt; 15 Fast 75% dieser Laseremissionen haben ihre Frequenzen gemessen, während mehrere wurden spektroskopisch zugeordnet 16-18. Diese Laser und ihre genau gemessen Frequenzen, haben eine entscheidende Rolle bei der Förderung der hochauflösende Spektroskopie gespielt. Sie liefern wichtige Informationen für die Infrarot-Spektralbereich Untersuchungen der Lasergase. Oft sind diese Laserfrequenzen werden verwendet, um die Analyse der Infrarot-und Fern-Infrarot-Spektren zu überprüfen, weil sie Verbindungen zwischen den angeregten Schwingungszustand Ebenen, die oft direkt aus unzugänglichen Absorptionsspektren 19 geeignet sind. Sie dienen auch als primäre Strahlungsquelle für die Studien, die vorübergehend, kurzlebige freie Radikale mit dem Laser-Magnet-Resonanz-Technik 20. Mit dieser extrem empfindliche Technik, Rotations- und Ro-Schwingungs Zeeman Spektren in paramagnetischen Atomen, Molekülen und Molekülionen kann recorded und zusammen mit der Fähigkeit, die verwendet werden, um diese freien Radikale zu erstellen Reaktionsgeschwindigkeiten zu untersuchen analysiert. In dieser Arbeit wird eine optisch gepumpte Moleküllaser, in Figur 1 gezeigt, verwendet wurde, um im fernen Infrarot-Laserstrahlung von Difluormethan zu erzeugen. Dieses System besteht aus einer kontinuierlichen Welle (cw) CO 2 Pumplaser und einem Fern-Infrarot-Laser-Resonator. Ein Spiegel innerhalb des fernen Infrarotlaserhohlraum leitet den CO2-Laserstrahlung auf der polierten Kupferrohr, unterzogen sechsundzwanzig Reflexionen vor der Beendigung am Ende des Hohlraums, Verstreuen restliche Pumpstrahlung. Deshalb ist die Fern-Infrarot-Lasermedium wird mit einer transversalen Pumpgeometrie angeregt. Um eine Laserwirkung zu erzeugen, werden verschiedene Variablen eingestellt, etwas gleichzeitig und all anschließend optimiert, wenn Laserstrahlung beobachtet wird. In diesem Experiment wird im fernen Infrarot-Laserstrahlung von einem metall insu wachtenlator-Metall (MIM) Punktdiodendetektor. MIM-Diode Detektor für die Laserfrequenz-Messungen seit 1969 21 verwendet worden - 23 in der Laserfrequenz-Messungen ist das MIM-Diodendetektor eine harmonische Mischstufe zwischen zwei oder mehreren Strahlungsquellen, das auf die Diode. Die MIM-Dioden-Detektor besteht aus einem geschärften Wolfram: der Draht Kontaktieren eines optisch polierten Nickel Basis 24. Die Nickelbasis eine natürlich vorkommende dünne Oxidschicht, die die isolierende Schicht ist. Sobald eine Laseremission erkannt wurde, wurden seine Wellenlänge, Polarisation, Stärke und optimierten Betriebsdruck aufgezeichnet, während ihre Frequenz wurde unter Verwendung des Drei-Laser-Heterodyn-Technik 25 gemessen - 27 nach der Methode, die ursprünglich in Ref beschrieben. 4. Abbildung 2 zeigt das optisch gepumpte Moleküllaser mit zwei zusätzlichen cw CO 2 Referenzlasern mit unabhängigen Frequenz stasierung Systeme, die das Lamm Bad im 4,3 um Fluoreszenzsignal von einem externen, Niederdruck-Referenzzelle 28 zu nutzen. Diese Handschrift skizziert die verwendet werden, um für die Fern-Infrarot-Laser-Emissionen sowie die Verfahren zur Abschätzung ihrer Wellenlänge und bei der genauen Bestimmung ihrer Frequenzsuchprozess. Besonderheiten, die drei Laser-Heterodyn-Technik sowie die verschiedenen Komponenten und die Betriebsparameter des Systems kann in Supplemental Tabelle A zusammen mit Referenzen 4, 25-27, 29 und 30 gefunden werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Leybold</td>
			<td>Trivac D4A</td>
			<td>HE-175 oil; Quantity = 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Leybold</td>
			<td>Trivac D8B or D16B</td>
			<td>Fomblin Fluid; Quantity = 1 of each</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Leybold</td>
			<td>Trivac D25B</td>
			<td>HE-175 oil; Quantity = 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical chopper with controller</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td>SR540</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lock-in amplifier</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td>SR830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrum analyzer</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>E4407B</td>
			<td>ESA-E Series, 9 kHz to 26.5 GHz Spectrum Analyzer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier&#160;</td>
			<td>Miteq</td>
			<td>AFS-44</td>
			<td>Provides amplification of signals between 2 and 18 GHz. The amplifier is powered by a Hewlett Packard triple output DC power supply, model E3630A.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier&#160;</td>
			<td>Avantek</td>
			<td>AWL-1200B</td>
			<td>Provides amplification of signals less than 1.2 GHz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Hewlett Packard</td>
			<td>E3630A</td>
			<td>Low voltage DC power supply for amplifier.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Glassman</td>
			<td>KL Series</td>
			<td>High voltage power supply for the CO2 lasers; Quantity = 2; negative polarity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>412B</td>
			<td>High voltage power supply used with the NIST Asymmetric HV Amp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Detector</td>
			<td>Judson Infrared Inc</td>
			<td>J10D</td>
			<td>For fluorescence cell; Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 laser spectrum analyzer</td>
			<td>Optical Engineering&#160;</td>
			<td>16-A</td>
			<td>Currently sold by Macken Instruments Inc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal imaging plates with UV light</td>
			<td>Optical Engineering&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Primarily used for aligning the CO2 reference lasers. Currently sold by Macken Instruments Inc.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>Ohmite&#160;</td>
			<td>L225J100K</td>
			<td>100 kW, 225 W. Between 4 to 6 resistors are used in each ballast system. Each CO2 laser has its own ballast system. Fans are used to cool the resistors.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HV relay, SPDT</td>
			<td>CII Technologies</td>
			<td>H-17</td>
			<td>Quantity = 3; one for each CO2 laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier&#160;</td>
			<td>Princeton Applied Research</td>
			<td>PAR 113</td>
			<td>Used with fluorescence cell; Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>2235A</td>
			<td>Similar models are also used; Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope/Differential amplifier</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>7903 oscilloscope with 7A22 differential amplifier</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power meter with sensor</td>
			<td>Coherent</td>
			<td>200</td>
			<td>For use below 10 W.&#160; This is the power meter shown in Figure 2.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power meter with sensor</td>
			<td>Scientech, Inc</td>
			<td>Vector S310</td>
			<td>For use below 30 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>73III</td>
			<td>Similar models are also used; Quantity = 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI cDAQ 9174 chassis with NI 9223 input module</td>
			<td>Uses LabVIEW software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Simichrome polish</td>
			<td>Happich GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Polish for the Nickel base used in the MIM diode detector. Although the Nickel base can be used immediately after polishing, a 12 hour lead time is typically recommended.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure gauge</td>
			<td>Wallace and Tiernan</td>
			<td>61C-1D-0050</td>
			<td>Series 300; for CO2 laser; Quantity = 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure gauge with controller</td>
			<td>Granville Phillips</td>
			<td>Series 375</td>
			<td>For far-infrared laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconium Oxide felt</td>
			<td>Zircar Zirconia</td>
			<td>ZYF felt</td>
			<td>Used as a beam stop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconium Oxide board</td>
			<td>Zircar Zirconia</td>
			<td>ZYZ-3 board</td>
			<td>Used as a beam stop; Quantity = 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon sheet</td>
			<td>Scientific Commodities, Inc</td>
			<td>BB96312-1248</td>
			<td>1/32 inch thick; used for the far-infrared laser output window</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene</td>
			<td>C-Line sheet protectors</td>
			<td>61003</td>
			<td>used for the far-infrared laser output window</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum grease</td>
			<td>Apiezon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Kepco</td>
			<td>NTC 2000</td>
			<td>PZT power supply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PZT tube</td>
			<td>Morgan Advanced Materials</td>
			<td></td>
			<td>1 inch length, 1 inch outer diameter, 0.062 inch thickness, reverse polarity (positive voltage on outside); Quantity = 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZnSe (AR coated)</td>
			<td>II-VI Inc</td>
			<td></td>
			<td>CO2 laser window (Quantity = 3), lens, and beam splitter (Quantity 3)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl window</td>
			<td>Edmond Optics</td>
			<td></td>
			<td>Quantity = 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaF window</td>
			<td>Edmond Optics</td>
			<td></td>
			<td>Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser mirrors and gratings</td>
			<td>Hyperfine, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Gold-coated; includes positioning mirrors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass laser tubes and reference cells</td>
			<td>Allen Scientific Glass</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MIM diode detector</td>
			<td>Custom Microwave, Inc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Other</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Other materials include magnetic bases, base plates, base clamps, XYZ translation stage, etc.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterizing far-infrared laser emissions and the measurement of their frequencies

Die Erzeugung und anschließende Messung der Fern-Infrarot-Strahlung hat eine Vielzahl von Anwendungen in der hochauflösenden Spektroskopie, Radioastronomie und Terahertz-Bildgebung gefunden. Für etwa 45 Jahren ist die Erzeugung kohärenter, Strahlung im fernen Infrarot mit der optisch gepumpte Moleküllaser erreicht worden. Einmal im fernen Infrarot-Laserstrahlung erfaßt wird, werden die Frequenzen dieser Laseremissionen unter Verwendung eines Drei-Laser-Heterodyn-Technik gemessen. Mit dieser Technik ist die unbekannte Frequenz aus dem optisch gepumpte Moleküllaser gemischt mit der Differenzfrequenz zwischen zwei stabilisierten, Infrarotreferenzfrequenzen. Diese Referenzfrequenzen werden von unabhängigen Kohlendioxidlaser erzeugt wird, stabilisiert die jeweils mit dem Fluoreszenzsignal von einer externen Niederdruck-Referenzzelle. Das resultierende Takt zwischen den bekannten und unbekannten Laserfrequenzen wird durch ein Metall-Isolator-Metall-Punktdiodendetektor, dessen Ausgang auf einem spec beobachtet überwachttrum-Analysator. Die Schwebungsfrequenz zwischen diesen Laseremissionen wird anschließend gemessen und mit den bekannten Referenzfrequenz, um den unbekannten fernen Infrarotlaserfrequenz zu extrapolieren. Das resultierende eint Sigma Fractional Unsicherheit für Laserfrequenzen mit dieser Technik gemessen wird, ist ± 5 Teile in 10. 7 die genaue Bestimmung der Frequenz des fernen Infrarotlaserstrahlung ist kritisch, da sie häufig als eine Referenz für andere Messungen verwendet werden, wie in der Hoch -Auflösung spektroskopische Untersuchungen von freien Radikalen mit Laser-Magnet-Resonanz. Im Rahmen dieser Untersuchung Difluormethan CH 2 F 2, wurde als das im fernen Infrarot-Lasermedium verwendet. Insgesamt wurden acht Ferninfrarot-Laserfrequenzen für die erste Zeit mit Frequenzen im Bereich von 0,359 bis 1,273 THz gemessen. Drei dieser Laseremissionen wurden während dieser Untersuchung festgestellt wurden, und sind mit ihrem optimalen Betriebsdruck, der Polarisation in Bezug auf den CO 2 berichtet </sub&gt; Pumplaser, und Stärke.

Wie erwähnt, ist die Frequenz für eine Fern-Infrarot-Laseremission berichtet ein Mittelwert von mindestens zwölf Messungen mit mindestens zwei unterschiedlichen Sätzen von CO 2 Referenzlaserlinien durchgeführt. Tabelle 2 fasst die für die 235,5 &amp; mgr; m-Laseremission bei der Verwendung der aufgezeichneten Daten 9 P 04 CO 2 Pumplaser. Aus diesem fernen Infrarotlaseremission wurden vierzehn einzelnen Messungen der Schwebungsfrequenz erfasst. Der erste Satz von Mess...

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Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

We describe the generation of far-infrared radiation using an optically pumped molecular laser along with the measurement of their frequencies with heterodyne techniques. The experimental system and techniques are demonstrated using difluoromethane (CH2F2) as the laser medium whose results include three new laser emissions and eight measured laser frequencies.

Charakterisierung von Fern-Infrarot-Laseremissionen und die Messung ihrer Frequenzen

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

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11.9K Aufrufe.  Central Washington University. We describe the generation of far-infrared radiation using an optically pumped molecular laser along with the measurement of their frequencies with heterodyne techniques. The experimental system and techniques are demonstrated using difluoromethane (CH2F2) as the laser medium whose results include three new laser emissions and eight measured laser frequencies.

Serie: Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

Räumliche Trennung von molekularen Konformen und Clustern

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Forschung

Ingenieurwesen

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

Messung und Analyse von atomarem Wasserstoff und Zweiatomige Molekulare AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, und TiO Spektren nach Laser-induzierten Breakdown Optical

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

Design und die Verwendung eines Vollstrom-Probenahmesystem (FFS) für die Quantifizierung von Methanemissionen

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Optische Trap-Laden von Dielectric Mikroteilchen in der Luft

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

Größe-gesteuerte Poly (Ethylenglycol) Diacrylate Tröpfchen über Semi-3-dimensionale fließen mit Schwerpunkt mikrofluidischen Geräte-Generation

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Methodenentwicklung für kontaktlose Resonanzhöhlen dielektrische spektroskopische Studien von Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future combustion engine vehicle technology may emit large amounts of sub-23 nm particles. The Horizon 2020 funded project DownToTen (DTT) developed a sampling and measurement method to characterize particle emissions in this currently unregulated size range. A PN measurement system was developed based on an extensive review of the literature and laboratory experiments testing a variety of PN measurement and sampling approaches. The measurement system developed is characterized by high particle penetration and versatility, which enables the assessment of primary particles, delayed primary particles, and secondary aerosols, starting from a few nanometers in diameter. This paper provides instruction on how to install and operate this Portable Emission Measurement System (PEMS) for Real Drive Emissions (RDE) measurements and assess particle number emissions below the current legislative limit of 23 nm.

Presented here is the DownToTen (DTT) portable emission measurement system to assess real driving automotive emissions of sub-23 nm particles.

Messung der realen Partikelzahlemissionen von Sub-23 Nanometern mit dem tragbaren DowntoTen-Probenahmesystem

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

3D-Druck - Bewertung der Partikelemissionen eines 3D-Druckstifts

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic resin material (binder) to form a non-woven, unidirectional laminate. While significant efforts have focused on improving the mechanical properties of the high-strength fibers, little work has been undertaken to improve the properties of the binder materials. To improve the performance of these elastomeric polymer binders, a relatively new and simple fabrication process, known as solution blow spinning, was used. This technique is capable of producing sheets or webs of fibers with average diameters ranging from the nanoscale to the microscale. To achieve this, a solution blow spinning (SBS) apparatus has been designed and built in the laboratory to fabricate non-woven fiber mats from polymer elastomer solutions.
In this study, a commonly used binder material, a styrene-butadiene-styrene block-co-polymer dissolved in tetrahydrofuran, was used to produce nanocomposite fiber mats by adding metallic nanoparticles (NPs), such as iron oxide NPs, that were encapsulated with silicon oil and thus incorporated in the fibers formed via the SBS process. The protocol described in this work will discuss the effects of the various critical parameters involved in the SBS process, including the polymer molar mass, the selection of the thermodynamically appropriate solvent, the polymer concentration in solution, and the carrier gas pressure to assist others in performing similar experiments, as well as provide guidance to optimize the configuration of the experimental setup. The structural integrity and morphology of the resultant non-woven fiber mats were examined using scanning electron microscopy (SEM) and elemental X-ray analysis via energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The goal of this study is to evaluate the effects of the various experimental parameters and material selections to optimize the structure and morphology of the SBS fiber mats.

The primary goal of this study is to describe a protocol to prepare polymeric fiber mats with consistent morphology via solution blow spinning (SBS). We aim to use SBS to develop novel, tunable, flexible polymeric fiber nanocomposites for various applications, including protective materials, by incorporating nanoparticles in a polymer-elastomer matrix.

Solution Blow Spinning von polymeren Nanokompositfasern für persönliche Schutzausrüstung

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...

Fabrication of a Fabry-P&amp;#233;rot Etalon for Application in Trace-Gas Spectroscopy

Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are used for their high sensitivity as well as their exceptional filtering capability. However, air-spaced etalons with high finesse are usually built by specialized facilities. Their production requires a clean room, special glass handling, and coating machinery, meaning commercially available FPEs are sold for a high price. In this article, a new and cost-effective method to fabricate fiber-coupled FPEs with standard photonic laboratory equipment is presented. The protocol should serve as a step-by-step guide for the construction and characterization of these FPEs. We hope this&#160;will enable researchers to conduct fast and cost-effective prototyping of FPEs for various fields of application. The FPE, as presented here, is used for spectroscopic applications. As shown in the representative results section via proof of principle measurements of water vapor in ambient air, this FPE has a finesse of 15, which is sufficient for the photothermal detection of trace concentrations of gases.

Author Spotlight: Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&amp;#233;rot Etalon  

This protocol describes the construction of a low-cost, discrete, fiber-coupled, and air-spaced Fabry-Perot etalon with various applications, such as in trace-gas spectroscopy. The fabrication is possible in any facility with standard optical laboratory equipment available.

Herstellung eines kostengünstigen, fasergekoppelten Fabry-Pérot-Etalons mit Luftspalt

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are ...