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  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

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.

Resumen

La generación y la posterior medición de la radiación de infrarrojo lejano ha encontrado numerosas aplicaciones en alta resolución de la espectroscopia, la radioastronomía y las imágenes Terahertz. Durante unos 45 años, la generación de radiación coherente, de infrarrojo lejano se ha logrado usando el láser bombeado ópticamente molecular. Una vez que se detecta la radiación láser de infrarrojo lejano, las frecuencias de estas emisiones láser se miden utilizando una técnica heterodina de tres láser. Con esta técnica, la frecuencia desconocido del láser bombeado ópticamente molecular se mezcla con la diferencia de frecuencia entre dos frecuencias de referencia, infrarrojos estabilizadas. Estas frecuencias de referencia son generados por los láseres de dióxido de carbono independientes, cada uno estabilizado utilizando la señal de fluorescencia de una, célula de referencia de baja presión externa. El ritmo resultante entre las frecuencias de láser conocidos y desconocidos se controla mediante un punto de contacto detector de diodo metal-aislante-metal cuya salida se observa en un specanalizador trum. La frecuencia de batido entre estas emisiones láser se mide y se combina con las frecuencias de referencia conocidos para extrapolar la frecuencia del láser de infrarrojo lejano desconocido posteriormente. El sigma-incertidumbre fraccionada resultante para frecuencias láser medido con esta técnica es de ± 5 partes en 10 7. Determinar con precisión la frecuencia de las emisiones de láser de infrarrojo lejano es crítico ya que se utilizan a menudo como una referencia para otras mediciones, como en el alto investigaciones espectroscópicas -Resolución de radicales libres utilizando resonancia magnética láser. Como parte de esta investigación, difluorometano, CH 2 F 2, fue utilizado como el medio de láser infrarrojo lejano. En total, se midieron ocho frecuencias láser de infrarrojo lejano para la primera vez con frecuencias que van desde 0,359 a 1.273 THz. Tres de estas emisiones láser fueron descubiertos durante esta investigación y se reportan con su presión óptima de funcionamiento, la polarización con respecto a las emisiones de CO 2

Introducción

La medición de frecuencias láser infrarrojo lejano se realizó por primera vez por Hocker y compañeros de trabajo en 1967. Se midió las frecuencias para los 311 y 337 m de las emisiones de la descarga directa de láser cianuro de hidrógeno mezclándolos con altos armónicos de orden de una señal de microondas en un diodo de silicio 1. Para medir las frecuencias más altas, una cadena de láser y dispositivos de mezcla de armónicos se utiliza para generar los armónicos láser 2. Eventualmente de dos estabilizada de dióxido de carbono (CO 2) láseres fueron elegidos para sintetizar la diferencia necesaria frecuencias de 3,4. Hoy en día, las frecuencias de láser de infrarrojo lejano hasta 4 THz se puede medir con esta técnica utilizando sólo la primera armónica de la frecuencia diferencia generado por dos estabilizado láseres de CO2 de referencia. Emisiones láser de frecuencia más altas también se pueden medir utilizando el segundo armónico, tales como las emisiones de láser 9 THz de la isotopólogos metanol CHD 2 OH y CH 3 18 OH. 5,6 Con los años, la medición precisa de frecuencias láser ha impactado una serie de experimentos científicos 7,8 y permitido la adopción de una nueva definición del metro por la Conferencia General de Pesos y Medidas de París en 1983. 9-11

Heterodino técnicas, tales como los descritos, han sido muy beneficioso en la medición de las frecuencias de láser de infrarrojo lejano generados por los láseres bombeados ópticamente moleculares. Desde el descubrimiento del láser molecular bombeado ópticamente por Chang y los puentes 12, miles de bombeo óptico emisiones láser de infrarrojo lejano se han generado con una variedad de medios de comunicación por láser. Por ejemplo, difluorometano (CH 2 F 2) y sus isotopólogos generan más de 250 emisiones láser cuando se bombea ópticamente por un láser de CO 2. Sus longitudes de onda van desde aproximadamente 95.6 a 13 micras 1714,1. - 15 Casi el 75% de estas emisiones láser han tenido midieron sus frecuencias, mientras que varios han sido espectroscópicamente asignado 16 - 18.

Estos láseres y sus frecuencias medidas con precisión, han jugado un papel crucial en el avance de la espectroscopia de alta resolución. Proporcionan información importante para los estudios espectrales de infrarrojos de los gases de láser. A menudo, estas frecuencias láser se utilizan para verificar el análisis de los espectros de infrarrojo y de infrarrojo lejano, ya que proporcionan conexiones entre los niveles estatales vibracionales excitados que a menudo son directamente inaccesibles desde espectros de absorción 19. También sirven como fuente de radiación principal de los estudios que investigan transitorios, los radicales libres de corta duración con la técnica de resonancia magnética láser 20. Con esta técnica extremadamente sensibles, los espectros de Zeeman de rotación y ro-vibracional en los átomos paramagnéticos, moléculas, iones moleculares y puede ser recorded y analizado junto con la capacidad para investigar las velocidades de reacción utilizados para crear estos radicales libres.

En este trabajo, un láser bombeado ópticamente molecular, que se muestra en la Figura 1, se ha utilizado para generar la radiación láser de infrarrojo lejano de difluorometano. Este sistema consiste en una onda continua (cw) CO 2 láser de bombeo y una cavidad láser de infrarrojo lejano. Un espejo interno a la cavidad del láser de infrarrojo lejano redirige la radiación láser CO 2 hacia abajo el tubo de cobre pulido, de someterse a veintiséis reflexiones antes de terminar en el extremo de la cavidad, dispersando cualquier radiación de bombeo restante. Por lo tanto el medio de láser infrarrojo lejano se excita mediante una geometría de bombeo transversal. Para generar la acción del láser, varias variables se ajustan, algunos de forma simultánea, y todos están optimizados posteriormente una vez que se observa la radiación láser.

En este experimento, la radiación láser de infrarrojo lejano es monitoreado por un metal insu-lador de metal (MIM) el servicio del detector de diodo. El detector de diodo MIM ha sido utilizado para las mediciones de frecuencia del láser desde 1969. 21-23 En mediciones de frecuencia láser, el detector de diodo MIM es un mezclador armónico entre dos o más fuentes de radiación incidente sobre el diodo. El detector de diodo MIM consiste en un alambre de tungsteno afilado en contacto con una base ópticamente níquel pulido 24. La base de níquel tiene una delgada capa de óxido natural que es la capa aislante.

Una vez que se detecta una emisión de láser, su longitud de onda, la polarización, la fuerza y la presión de funcionamiento optimizado se registraron mientras que su frecuencia se midió utilizando la técnica heterodina de tres láser 25 - 27 siguiendo el método descrito originalmente en la Ref. 4. La Figura 2 muestra el láser bombeado ópticamente molecular con dos cw láseres de CO2 de referencia adicionales que tiene sta independiente de la frecuenciasistemas estabiliza- que utilizan el chapuzón Cordero en la señal de fluorescencia de 4,3 micras de una celda de referencia externa, baja presión 28. Este manuscrito describe el proceso utilizado para buscar emisiones láser de infrarrojo lejano, así como el método para estimar su longitud de onda y en la determinación con precisión su frecuencia. Dan detalles sobre la técnica heterodina de tres láser, así como los diversos componentes y los parámetros de funcionamiento del sistema se pueden encontrar en la Tabla Suplementaria A, junto con las referencias 4, 25-27, 29, y 30.

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Protocolo

1. Planificación de Experimentos

  1. Llevar a cabo una revisión de la literatura para evaluar el trabajo previo realizado utilizando el medio de láser de interés, que para este experimento es CH 2 F 2. Identificar todas las emisiones láser conocidos, junto con toda la información acerca de las líneas como su longitud de onda y frecuencia. Varias encuestas de emisiones láser conocidos están disponibles 13,31 - 37.
  2. Compilar todas las investigaciones espectroscópicas de la molécula utilizada como medio de láser con un enfoque de Fourier antes transforman 34 y optoacústica estudios 38,39.

2. Emisiones Generación de infrarrojo lejano Láser

  1. Información general de seguridad.
    1. Desarrollar un procedimiento operativo estándar para el laboratorio que incluye la protección ocular adecuada cuando se trabaja con el CO 2 y sistemas de láser infrarrojo lejano.
  2. Alineación y calibración.
    1. Calibrar cada CO 2 laser usando un analizador de espectro a base de rejilla diseñado para el láser de CO 2 de acuerdo con el protocolo del fabricante.
    2. Alinear los espejos finales y el espejo de acoplamiento en la cavidad láser de infrarrojo lejano usando un láser de He-Ne de manera que su radiación se enfoca sobre el detector de diodo MIM.
    3. Dirigir la radiación desde el láser de bombeo CO 2 en la cavidad láser de infrarrojo lejano a través de una ventana de cloruro de sodio en un ángulo de aproximadamente 72 o con respecto al eje de la cavidad.
    4. Dirigir la radiación a partir de los dos láseres CO 2 de referencia o bien a su respectiva celda de referencia de fluorescencia de baja presión o co-linealmente sobre el detector de diodo MIM usando divisores de haz y espejos adicionales.
  3. La detección de la radiación láser de infrarrojo lejano.
    1. Pulir la base Níquel cada varios días usando un pulidor de metales estándar.
    2. Crimp un alambre de tungsteno de 25 micras en un puesto de cobre y doblar el cable en el configuración muestra en la Figura 3.
    3. Ajustar la longitud del alambre de modo que sea entre 10 a 20 longitudes de onda de la radiación que se mide.
    4. Electroquímicamente grabar la punta del alambre en una solución de hidróxido de sodio saturado (NaOH) al aplicar un voltaje (aproximadamente 3.5 a 5 VAC) a la solución.
    5. Vuelva a grabar la punta con un voltaje bajo (menos de 1 VAC). Esto hace rugosa la punta del alambre y mejora el rendimiento del diodo.
    6. Enjuague el alambre con agua destilada.
    7. Inserte el poste de cobre en la carcasa del diodo MIM una vez que el alambre está seca.
    8. Coloque el cable en contacto con la base de níquel utilizando un sistema de tornillo y el nivel bien. Contactos produciendo una resistencia a través del diodo de entre 100 y 500 Ω se utilizan típicamente cuando detección y medición de radiación láser de infrarrojo lejano.
  4. Generación de radiación láser de infrarrojo lejano.
    1. Ajuste el láser de bombeo de CO 2 en un em láser específicoisión, por ejemplo., 9 P 36.
    2. Gire el micrómetro en el láser de bombeo de CO 2 de ida y vuelta para lograr la máxima intensidad en el tope de la viga.
    3. Ajuste la inclinación de la rejilla de la bomba del láser de CO 2 para alcanzar la máxima intensidad en el tope de la viga.
    4. Repita los pasos 2.4.2 y 2.4.3 hasta que la potencia de salida del láser de bombeo de CO 2 aparece optimizado en el tope de la viga.
    5. Retire el tope de la viga de la trayectoria del láser de bombeo de CO 2.
    6. Encienda y alinear el helicóptero óptica en la trayectoria del haz del láser de bombeo de CO 2.
    7. Abrir la válvula en el cilindro F 2 CH 2 para introducir el medio de láser de infrarrojo lejano en la cavidad láser de infrarrojo lejano.
    8. Ajuste de la válvula dosificadora en la línea de entrada hasta una presión de aproximadamente 10 Pa se logra.
      Nota: Sólo es necesario la presión aproximada ya que se utiliza como una forma de escanear sistemáticamente el láser de infrarrojo lejano cavity.
    9. Establecer la posición del acoplador de salida de tal manera que su punta más externa es de aproximadamente 1 cm desde el centro de la cavidad láser como se indica por una escala calibrada en el exterior de la cavidad láser.
      Nota: Sólo la ubicación aproximada es necesario ya que se utiliza como una forma de escanear sistemáticamente la cavidad láser de infrarrojo lejano.
    10. Ajuste la posición del móvil espejo láser infrarrojo lejano en incrementos de aproximadamente 0,25 mm girando el dial de micrómetro calibrado de ida y vuelta. Simultáneamente sintonizar la frecuencia del láser de CO 2 de la bomba a través de su curva de ganancia cambiando el voltaje aplicado a través transductor piezoeléctrico la bomba de láser de CO 2 (PZT).
    11. Si no se observa señal en la pantalla del osciloscopio, repetir el paso 2.4.10 La con el acoplador de salida se trasladó a su siguiente posición donde la punta es de aproximadamente 1,5 cm desde el centro de la cavidad láser como se indica por una escala calibrada en el exterior del láser cavidad.
    12. Si no se observa señal en la pantalla del osciloscopio, repetir el paso 2.4.10 La con el acoplador de salida se trasladó a su siguiente posición donde la punta es de aproximadamente 2 cm desde el centro de la cavidad láser como se indica por una escala calibrada en el exterior del láser cavidad.
    13. Si no se observa ninguna señal en la pantalla del osciloscopio, repita los pasos 2.4.9 través 02/04/12 con una presión de láser infrarrojo lejano de aproximadamente 19 Pa ajustado con la válvula dosificadora en la línea de entrada.
    14. Si no se observa ninguna señal en la pantalla del osciloscopio, repita los pasos 2.4.9 través 02/04/12 con una presión de láser infrarrojo lejano de aproximadamente 27 Pa ajustado con la válvula dosificadora en la línea de entrada.
    15. Si no se observa señal en la pantalla del osciloscopio, inserte la parada del haz en el camino del láser de bombeo CO 2 y cerrar la válvula en el CH 2 F 2 del cilindro hasta que la presión de láser de infrarrojo lejano es de aproximadamente 0 Pa.
    16. Ajuste la bomba de CO 2láser para la próxima emisión láser, por ejemplo, 9 P 34, y optimizar la potencia de salida usando los pasos 2.4.2 a través de 2.4.4.
    17. Repita los pasos 2.4.5 través 02/04/16 hasta se utilizan todas las emisiones generadas por el láser de bombeo de CO 2. Durante la búsqueda de líneas de láser infrarrojo lejano, coloque un enfoque en CO 2 emisiones láser de bombeo cuyas frecuencias se superponen con las regiones de absorción identificados en el paso 1.2.
  5. Caracterización de emisiones láser infrarrojo lejano.
    1. Simultáneamente ajustar la presión del medio de láser de infrarrojo lejano, la tensión aplicada al PZT la bomba de láser de CO 2, y la posición del acoplador de salida hasta que se maximiza la potencia de salida de la emisión láser de infrarrojo lejano (determinado por un pico-a-máximo pico de la señal desde el detector de diodo MIM como se observa en la pantalla del osciloscopio, similar a la Figura 4).
    2. Gire el dial micrométrico en sentido horario hasta se observa en la emisión láser infrarrojo lejanola pantalla del osciloscopio. Anote la posición del micrómetro.
    3. Gire el dial micrométrico agujas del reloj durante 20 modos correspondientes a la misma emisión láser infrarrojo lejano. Anote la posición del micrómetro.
    4. Reste la posición del micrómetro en los pasos 2.5.2 y 2.5.3. Esta diferencia se dividirá por 10 para obtener la longitud de onda de la emisión láser de infrarrojo lejano.
    5. Repita los pasos 2.5.2 a través de 2.5.4 un total de cinco veces y promediar la longitud de onda de la emisión láser infrarrojo lejano. Promedio de las longitudes de onda de láser medidos por la que atraviesa por lo menos 20 modos longitudinales adyacentes tienen una incertidumbre de una sigma de ± 0,5 m.
    6. Medir la polarización de la radiación láser de infrarrojo lejano, con relación a la radiación de bombeo CO 2, utilizando un polarizador de rejilla de alambre oro (394 líneas / cm) o un polarizador de Brewster.

3. La determinación de infrarrojo lejano Láser Frecuencias

  1. Identificaring las emisiones de CO 2 láser de referencia.
    1. Calcular la frecuencia de la emisión láser de infrarrojo lejano basado en su longitud de onda medido.
    2. Identificar conjuntos de CO 2 de referencia líneas láser cuya diferencia de frecuencia está dentro de varios GHz de la frecuencia calculada para la emisión láser infrarrojo lejano 40. Una lista típica utilizada para tales mediciones se muestra en la Tabla 1.
  2. Busca la señal de batido heterodino.
    1. Identificar el primer conjunto de líneas de láser CO 2 de referencia y establecer cada láser CO 2 referencia en su respectiva emisión láser.
    2. Optimizar la potencia de salida para cada láser de referencia de CO 2 mediante medidas 2.4.2 a través de 2.4.4 y el medidor de energía del monitor.
      1. Ajustar un iris, ya sea interna o externa a cada láser de referencia, de modo que la potencia de cada láser de referencia CO 2 es de aproximadamente 100 mW, medida por el medidor de potencia se muestra en el monitorLa Figura 2.
    3. Bloquear la radiación del láser de CO 2 de la bomba usando un haz de parada, mientras que el desbloqueo de la radiación de los láseres de referencia CO 2.
    4. Encender y alinear el chopper óptico en la trayectoria del haz co-lineal de los láseres de CO 2 de referencia.
    5. Optimizar para la tensión máxima de pico a pico de cada uno de CO 2 de referencia de emisión láser en el detector de diodo MIM usando varios espejos, divisores de haz, y una lente plano-convexa longitud ZnSe focal de 2,54 cm, mientras que la observación de la salida en el osciloscopio, similar a la Figura 5 .
    6. Bloquear la radiación de los láseres de CO2 de referencia utilizando una parada rayo mientras desbloquear la radiación del láser de bombeo de CO 2.
    7. Re-optimizar el láser de bombeo CO 2 y el láser de infrarrojo lejano, según sea necesario, de modo que la emisión láser de infrarrojo lejano tiene una tensión máxima de pico a pico como se observa en el osciloscopio.
    8. Desconecte tél MIM de salida del detector de diodo del osciloscopio y conectarlo a un amplificador cuya salida se observa en un analizador de espectro.
    9. Desbloquear la radiación de los láseres de referencia CO 2.
    10. Retire los interruptores ópticos que modulan la bomba y de referencia de CO 2 lasers.
    11. Ajuste el analizador de espectro en un lapso de 40 MHz y la búsqueda de la señal de ritmo de 1,5 GHz incrementos escaneando manualmente este rango de frecuencia utilizando la perilla de ajuste del analizador de espectro.
    12. Si no se observa ninguna señal de batido, desconecte la salida del diodo MIM desde el amplificador y conéctelo al osciloscopio.
    13. Bloquear la radiación de los rayos láser de referencia de CO 2 y vuelva a insertar el helicóptero óptica en el camino del láser de bombeo de CO 2.
    14. Repetir los pasos a través 3.2.2 3.2.13, según sea necesario hasta que el analizador de espectro se ha utilizado para buscar la señal de batido entre 0 y 12 GHz.
    15. Si no se observa señal de batido, repeen los pasos 3.2.2 través 3.2.14 con otro conjunto de líneas de láser de CO 2 de referencia hasta que se observa la señal de ritmo o todos los posibles conjuntos de líneas de láser CO 2 de referencia están agotados.
  3. La estabilización de las frecuencias de referencia de CO 2.
    1. Aplicar una tensión entre 0 y 900 V a PZT la primera de láser de referencia CO 2 para que la señal de su respectiva celda de referencia de fluorescencia está en el centro del hueco de cordero, que se ilustra en la Figura 6 y como se ve en un osciloscopio como en la Figura 7.
    2. Active la tensión de realimentación aplicada a la primera PZT de láser de referencia CO 2 usando un amplificador / servo hecha a la medida lock-in de modo que permanece bloqueado hasta el centro de la inmersión Cordero.
    3. Repita los pasos 3.3.1 y 3.3.2 para el segundo láser de referencia de CO 2.
    4. Supervisar visualmente la salida del pre-amplificador en un osciloscopio, como en la figura 7, a la norma ENde que los láseres de referencia permanece bloqueada.
  4. La medición de la frecuencia de batido.
    1. Centre la señal de batido en la pantalla del analizador de espectro y ajustar su amplitud para maximizar su tamaño en la pantalla.
    2. Ajuste el analizador de espectro para ver dos trazas simultáneas de la señal de ritmo, como en la figura 8, mediante la selección de la función de escritura Borrar tanto Traza 1 y Traza 2. Una traza se mostrará la señal instantánea, mientras que el otro va a grabar la señal máxima (utilizando una función Hold Max en el analizador de espectro para la segunda traza).
    3. Gire el dial de micrómetro en la cavidad láser infrarrojo lejano de ida y vuelta a través de la curva de ganancia para un modo de cavidad dado.
    4. Utilice la función Ver en el analizador de espectro para congelar la segunda (Hold Max) traza una vez que se obtiene un patrón simétrico.
    5. Gire ligeramente el micrómetro las agujas del reloj para disminuir la longitud de la cavidad láser infrarrojo lejano. Al mismo tiempo observar los submarinosequent pequeño cambio en la frecuencia de batido en el analizador de espectro debido a este ligero aumento en la frecuencia del láser de infrarrojo lejano.
    6. Coloque marcadores en todo el ancho a la mitad de los puntos máximos del patrón simétrico (Hold rastro Max) utilizando la función de marcador con la función de Delta en el analizador de espectro.
    7. Medir la frecuencia central de la señal de ritmo usando la función Span Par en el analizador de espectro.
    8. Repita los pasos 3.4.1 a través de 3.4.7.
    9. Desactivar el bloqueo de amplificador / servo para cada láser de CO2 de referencia para desbloquear cada láser de su frecuencia central y volver a optimizar cada láser de referencia de CO 2.
    10. Vuelva a bloquear los rayos láser de referencia utilizando los pasos 3.3.1 a través de 3.3.4.
    11. Repita los pasos 3.4.1 través 3.4.10 para un total de 6 mediciones. Una vez terminado, desbloquear cada láser CO 2 de referencia de su frecuencia central.
    12. Calcular la frecuencia refundido de la emisión láser infrarrojo lejano usando estos fre ritmocuencias para obtener una predicción precisa de la segunda serie de líneas de láser de CO 2 de referencia.
    13. Identificar un conjunto diferente de CO 2 de referencia líneas láser cuya diferencia de frecuencia está dentro de varios GHz de la frecuencia calculada para la emisión láser infrarrojo lejano.
    14. Optimizar el siguiente conjunto de CO 2 líneas láser de referencia sobre el detector de diodo MIM y obtener la señal de batido usando los pasos 3.2.2 través 3.2.15 según sea necesario.
    15. Bloquear el nuevo conjunto de CO 2 líneas láser de referencia utilizando los pasos 3.3.1 a través de 3.3.4.
    16. Repita los pasos 3.4.1 través 3.4.10 para un total de 6 mediciones. Una vez terminado, desbloquear cada láser CO 2 de referencia de su frecuencia central.
    17. Insertar haz detiene en los caminos de la bomba y de referencia de CO 2 lasers.
  5. Cálculo de la frecuencia del láser de infrarrojo lejano.
    1. Calcular la frecuencia del láser de infrarrojo lejano desconocido, ν FIR, utilizando el ser medidoa la frecuencia a través de la relación
      FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | latido ν | Eq. 1
      donde | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | es la magnitud de la diferencia de frecuencia sintetizada por los dos láseres de CO2 de referencia y | latido ν | es la magnitud de la frecuencia de batido. El signo ± en la ecuación. 1 se determina experimentalmente de la etapa 3.4.5.
    2. Obtener una frecuencia media y calcular laincertidumbre.

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Resultados

Como se ha mencionado, la frecuencia informado para una emisión de láser infrarrojo lejano es un promedio de al menos doce mediciones realizadas con al menos dos conjuntos diferentes de CO líneas de láser 2 de referencia. La Tabla 2 resume los datos registrados para la emisión 235,5 micras de láser cuando se utiliza el 9 P 04 CO 2 láser de bombeo. Por esta emisión láser de infrarrojo lejano, se registraron catorce mediciones individuales de la frecuencia de batido...

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Discusión

Hay varios pasos críticos en el protocolo que requiere alguna discusión adicional. Cuando se mide la longitud de onda de láser de infrarrojo lejano, como se indica en el paso 2.5.3, es importante para garantizar el mismo modo de la emisión láser de infrarrojo lejano se está utilizando. Múltiples modos de una longitud de onda de láser de infrarrojo lejano (es decir, TEM 00, TEM 01, etc.) pueden ser generados dentro de la cavidad láser y por lo tanto es importante identificar los mo...

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Divulgaciones

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.

Agradecimientos

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

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Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Vacuum pumpLeyboldTrivac D4AHE-175 oil; Quantity = 3
Vacuum pumpLeyboldTrivac D8B or D16BFomblin Fluid; Quantity = 1 of each
Vacuum pumpLeyboldTrivac D25BHE-175 oil; Quantity = 1
Optical chopper with controllerStanford Research SystemsSR540
Lock-in amplifierStanford Research SystemsSR830
Spectrum analyzerAgilentE4407BESA-E Series, 9 kHz to 26.5 GHz Spectrum Analyzer
Amplifier MiteqAFS-44Provides amplification of signals between 2 and 18 GHz. The amplifier is powered by a Hewlett Packard triple output DC power supply, model E3630A.
Amplifier AvantekAWL-1200BProvides amplification of signals less than 1.2 GHz.
Power supplyHewlett PackardE3630ALow voltage DC power supply for amplifier.
Power supplyGlassmanKL SeriesHigh voltage power supply for the CO2 lasers; Quantity = 2; negative polarity
Power supplyFluke412BHigh voltage power supply used with the NIST Asymmetric HV Amp
DetectorJudson Infrared IncJ10DFor fluorescence cell; Quantity = 2
CO2 laser spectrum analyzerOptical Engineering 16-ACurrently sold by Macken Instruments Inc.
Thermal imaging plates with UV lightOptical Engineering Primarily used for aligning the CO2 reference lasers. Currently sold by Macken Instruments Inc.
ResistorsOhmite L225J100K100 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.
HV relay, SPDTCII TechnologiesH-17Quantity = 3; one for each CO2 laser
Amplifier Princeton Applied ResearchPAR 113Used with fluorescence cell; Quantity = 2
OscilloscopeTektronix2235ASimilar models are also used; Quantity = 2
Oscilloscope/Differential amplifierTektronix7903 oscilloscope with 7A22 differential amplifier
Power meter with sensorCoherent200For use below 10 W.  This is the power meter shown in Figure 2.
Power meter with sensorScientech, IncVector S310For use below 30 W
MultimeterFluke73IIISimilar models are also used; Quantity = 3
Data acquisitionNational InstrumentsNI cDAQ 9174 chassis with NI 9223 input moduleUses LabVIEW software
Simichrome polishHappich GmbHPolish 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.
Pressure gaugeWallace and Tiernan61C-1D-0050Series 300; for CO2 laser; Quantity = 3
Pressure gauge with controllerGranville PhillipsSeries 375For far-infrared laser
Zirconium Oxide feltZircar ZirconiaZYF feltUsed as a beam stop
Zirconium Oxide boardZircar ZirconiaZYZ-3 boardUsed as a beam stop; Quantity = 4
Teflon sheetScientific Commodities, IncBB96312-12481/32 inch thick; used for the far-infrared laser output window
PolypropyleneC-Line sheet protectors61003used for the far-infrared laser output window
Vacuum greaseApiezon
Power supplyKepcoNTC 2000PZT power supply
PZT tubeMorgan Advanced Materials1 inch length, 1 inch outer diameter, 0.062 inch thickness, reverse polarity (positive voltage on outside); Quantity = 3
ZnSe (AR coated)II-VI IncCO2 laser window (Quantity = 3), lens, and beam splitter (Quantity 3)
NaCl windowEdmond OpticsQuantity = 1
CaF windowEdmond OpticsQuantity = 2
Laser mirrors and gratingsHyperfine, IncGold-coated; includes positioning mirrors
Glass laser tubes and reference cellsAllen Scientific Glass
MIM diode detectorCustom Microwave, Inc
OtherOther materials include magnetic bases, base plates, base clamps, XYZ translation stage, etc.

Referencias

  1. Hocker, L. O., Javan, A., Ramachandra Rao, D., Frenkel, L., Sullivan, T. Absolute frequency measurement and spectroscopy of gas laser transitions in the far infrared. Appl. Phys. Lett. 10 (5), 147-149 (1967).
  2. Wells, J. S., Evenson, K. M., Day, G. W., Halford, D. Role of infrared frequency synthesis in metrology. Proc. IEEE. 60 (5), 621-623 (1972).
  3. Whitford, B. G., Siemsen, K. J., Riccius, H. D., Baird, K. A. New frequency measurements and techniques in the 30-THz region. IEEE Trans. Instrum. Meas. 23 (4), 535-539 (1974).
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