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  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
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  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

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.

Résumé

La production et l'évaluation ultérieure du rayonnement infrarouge lointain a trouvé de nombreuses applications en spectroscopie de haute résolution, de la radioastronomie, et l'imagerie térahertz. Pour environ 45 ans, la génération d'un rayonnement cohérent, l'infrarouge lointain a été accomplie en utilisant le laser à pompage optique moléculaire. Une fois que le rayonnement laser dans l'infrarouge lointain est détectée, les fréquences de ces émissions laser sont mesurés en utilisant une technique de laser hétérodyne trois. Avec cette technique, la fréquence inconnue du laser à pompage optique moléculaire est mélangée à la fréquence de différence entre les deux fréquences stabilisées de référence à infrarouge. Ces fréquences de référence sont générés par les lasers à dioxyde de carbone indépendantes, chacune stabilisée en utilisant le signal de fluorescence à partir de, une cellule de référence à basse pression externe. Le battement résultant entre les fréquences connues et inconnues laser est surveillée par un détecteur de diode points de contact métal-isolant-métal dont la sortie est observé sur un specanalyseur spectre. La fréquence de battement entre ces émissions laser est ensuite mesuré et combiné avec les fréquences de référence connus pour extrapoler l'inconnu fréquence du laser dans l'infrarouge lointain. Celui-sigma incertitude fractionnée résultant pour les fréquences laser mesurée avec cette technique est de ± 5 parties en 10 7. Déterminer avec précision la fréquence des émissions de laser infrarouge lointain est essentiel car ils sont souvent utilisés comme référence pour d'autres mesures, comme dans la grande enquêtes -resolution spectroscopiques de radicaux libres utilisant la résonance magnétique laser. Dans le cadre de cette étude, le difluorométhane, CH 2 F 2, a été utilisé comme milieu de laser dans l'infrarouge lointain. En tout, huit fréquences laser infrarouge lointain ont été mesurées pour la première fois avec des fréquences allant de 0,359 à 1,273 THz. Trois de ces émissions laser ont été découverts au cours de cette enquête et sont déclarés à leur pression de fonctionnement optimal, la polarisation à l'égard du CO 2

Introduction

La mesure des fréquences laser infrarouge lointain a été effectuée par Hocker et ses collègues en 1967. Ils ont mesuré les fréquences pour les émissions de la décharge directe laser de cyanure d'hydrogène 311 et 337 um, en les mélangeant avec des harmoniques d'ordre élevé d'un signal de micro-ondes dans une diode au silicium 1. Pour mesurer des fréquences plus élevées, une chaîne de lasers et de dispositifs de mélange harmoniques ont été utilisés pour générer les harmoniques laser 2. Finalement, deux stabilisée de dioxyde de carbone (CO 2) lasers ont été choisis pour la synthèse de la différence nécessaire fréquences 3,4. Aujourd'hui, les fréquences laser infrarouge lointain jusqu'à 4 THz peut être mesurée par cette technique en utilisant seulement la première harmonique de la fréquence de différence générés par deux lasers stabilisés de CO 2 de référence. Émissions laser de fréquences plus élevées peuvent également être mesurées en utilisant le second harmonique, tel que des émissions laser 9 THz isotopologues du méthanol CHD 2 OH et CH 3 18 OH. 5,6 fil des ans, la mesure précise des fréquences laser a touché un certain nombre d'expériences scientifiques 7,8 et permis l'adoption d'une nouvelle définition du mètre par la Conférence générale des poids et mesures à Paris en 1983. 9 - 11

Techniques hétérodynes, tels que ceux décrits, ont été extrêmement bénéfique dans la mesure des fréquences laser infrarouges lointains générés par les lasers moléculaires à pompage optique. Depuis la découverte du laser à pompage optique moléculaire par Chang et 12 ponts, des milliers de pompage optique des émissions laser dans l'infrarouge lointain ont été générés avec une variété de milieux de laser. Par exemple, le difluorométhane (CH 2 F 2) et de ses isotopologues génèrent plus de 250 émissions laser à pompage optique lorsque par un laser CO 2. Leurs longueurs d'onde varient d'environ 95,6 à 1714,1 um 13. - 15 Près de 75% de ces émissions laser ont eu leurs fréquences mesurées alors que plusieurs ont été affectés par spectroscopie 16 - 18.

Ces lasers et leurs fréquences mesurées avec précision, ont joué un rôle crucial dans la promotion de la spectroscopie à haute résolution. Ils fournissent des informations importantes pour les études spectrales infrarouges des gaz laser. Souvent, ces fréquences laser sont utilisés pour vérifier l'analyse des spectres infrarouge et de l'infrarouge lointain, car ils fournissent des liens entre les niveaux de l'Etat excité de vibration qui sont souvent directement inaccessibles à partir des spectres d'absorption 19. Ils servent aussi de la source de rayonnement primaire pour des études portant sur ​​transitoires, les radicaux libres de courte durée avec la technique de résonance magnétique laser 20. Avec cette technique extrêmement sensible, spectres Zeeman de rotation et de vibration en ro-atomes, des molécules paramagnétiques, et des ions moléculaires peut être recorded et analysé avec la capacité d'enquêter sur les taux de réaction utilisées pour créer ces radicaux libres.

Dans ce travail, un laser à pompage optique moléculaire, représenté sur la figure 1, a été utilisé pour générer de l'infrarouge lointain rayonnement laser à partir de difluorométhane. Ce système se compose d'une onde continue (cw) CO 2 laser de pompage et une cavité de laser dans l'infrarouge lointain. Un miroir interne à la cavité de laser dans l'infrarouge lointain redirige le rayonnement laser CO 2 dans le tube de cuivre poli, en cours de vingt-six réflexions avant de se terminer à la fin de la cavité, la dispersion tout en restant rayonnement de pompage. Par conséquent, le milieu laser dans l'infrarouge lointain est excité en utilisant une géométrie de pompage transversal. Pour générer l'effet laser, plusieurs variables sont ajustées, une partie à la fois, et ensuite l'ensemble une fois optimisés rayonnement laser est observée.

Dans cette expérience, le rayonnement laser dans l'infrarouge lointain est surveillée par un métal-insulator-métal (MIM) le point de contact détecteur à diode. Le détecteur à diode MIM a été utilisé pour les mesures de fréquence laser depuis 1969. 21 - 23 Dans les mesures de fréquence laser, le détecteur de diode MIM est un mélangeur harmonique entre deux ou plusieurs sources de rayonnement incidente sur la diode. Le détecteur à diode MIM constituée d'un fil de tungstène affûtée en contact avec une base de Nickel poli optiquement 24. La base de nickel comporte une couche d'oxyde naturel qui est la mince couche isolante.

Une fois qu'une émission laser a été détecté, sa longueur d'onde, la polarisation, la force et la pression de fonctionnement optimisés ont été enregistrés pendant que sa fréquence est mesurée en utilisant la technique du laser hétérodyne trois 25 - 27 suivant le procédé décrit à l'origine dans la réf. 4. La figure 2 montre le laser à pompage optique moléculaire avec deux cw laser CO 2 de référence supplémentaires ayant sta de fréquence indépendantsystèmes de bilisation qui utilisent le plongeon de Lamb dans le signal de fluorescence de 4,3 um à partir d'une cellule, à faible pression externe référence 28. Ce manuscrit décrit le processus utilisé pour rechercher des émissions laser infrarouge lointain ainsi que la méthode d'estimation de leur longueur d'onde et à déterminer avec précision leur fréquence. Des détails concernant la technique de laser hétérodyne à trois, ainsi que les divers composants et paramètres de fonctionnement du système peuvent être trouvés dans le tableau A supplémentaire avec les références 4, 25-27, 29 et 30.

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Protocole

1. Planification d'expériences

  1. Mener une enquête de la littérature pour évaluer le travail préalable effectué en utilisant le moyen de laser d'intérêt, qui, pour cette expérience est CH 2 F 2. Identifier toutes les émissions de laser connues ainsi que toutes les informations sur les lignes telles que leur longueur d'onde et la fréquence. Plusieurs enquêtes d'émissions de laser connues sont disponibles 13,31 - 37.
  2. Compiler toutes les enquêtes spectroscopiques de la molécule utilisée comme le moyen de laser avec un accent sur ​​Fourier transforment avant 34 et optoacoustic études 38,39.

2. Les émissions Génération Far-Infrared Laser

  1. Vue d'ensemble de la sécurité.
    1. Élaborer une procédure d'exploitation standard pour le laboratoire qui inclut une protection oculaire appropriée lorsque l'on travaille avec le CO 2 et les systèmes laser infrarouge lointain.
  2. Alignement et étalonnage.
    1. Étalonner chaque CO 2 laser l'aide d'un analyseur de spectre à base de réseau conçu pour le laser à CO 2 selon le protocole du fabricant.
    2. Aligner les miroirs d'extrémité et le miroir de couplage dans la cavité de laser dans l'infrarouge lointain en utilisant un laser He-Ne de sorte que leur rayonnement est focalisé sur le détecteur à diode MIM.
    3. Diriger le rayonnement provenant de la pompe laser CO 2 dans la cavité de laser dans l'infrarouge lointain à travers une fenêtre de chlorure de sodium à un angle d'environ 72 ° par rapport à l'axe de la cavité.
    4. Diriger le rayonnement provenant des deux lasers de référence CO 2 à l'une ou l'autre cellule de référence de fluorescence à basse pression respective ou co-linéairement sur ​​le détecteur à diode MIM en utilisant des diviseurs de faisceau et de miroirs supplémentaires.
  3. La détection d'un rayonnement laser dans l'infrarouge lointain.
    1. Polir la base de Nickel tous plusieurs jours en utilisant un poli à métal standard.
    2. Crimp un fil de tungstène de 25 um dans un poste de cuivre et plier le fil dans le Configurtion représenté sur la figure 3.
    3. Ajuster la longueur du fil de sorte qu'il se situe entre 10 à 20 longueurs d'onde du rayonnement à mesurer.
    4. Électrochimiquement graver la pointe du fil dans un hydroxyde de sodium saturée (NaOH) en appliquant une tension (environ 3,5 à 5 ACC) à la solution.
    5. Re-graver la pointe avec une tension faible (moins de 1 VAC). Cette rugosité de la pointe du fil et améliore les performances de la diode.
    6. Rincer le fil avec de l'eau distillée.
    7. Insérez le poste de cuivre dans le logement de la diode MIM fois le fil est sec.
    8. Placez le fil en contact avec la base de nickel en utilisant un système de vis et de niveau fin. Les contacts fournissant une résistance à travers la diode entre 100 et 500 Ω sont généralement utilisés lors de la détection et de mesure de rayonnement laser dans l'infrarouge lointain.
  4. La génération d'un rayonnement laser dans l'infrarouge lointain.
    1. Réglez la pompe laser CO 2 sur un em laser spécifiqueission, par exemple., 9 P 36.
    2. Tournez la molette micrométrique sur la pompe laser CO 2 et en arrière pour atteindre l'intensité maximale sur l'arrêt de faisceau.
    3. Réglez l'inclinaison de la grille du CO 2 laser de pompage pour atteindre l'intensité maximale sur l'arrêt de faisceau.
    4. Répétez les étapes 2.4.2 et 2.4.3 jusqu'à ce que la puissance de sortie de la pompe laser CO 2 apparaît optimisée sur l'arrêt de faisceau.
    5. Retirer l'arrêt de faisceau à partir de la trajectoire de la pompe laser CO 2.
    6. Activer et aligner le hacheur optique dans le trajet du faisceau de la pompe laser à CO 2.
    7. Ouvrir la vanne sur le CH 2 F 2 cylindre pour introduire le milieu laser dans l'infrarouge lointain dans la cavité de laser dans l'infrarouge lointain.
    8. Régler la soupape de dosage sur la ligne d'entrée jusqu'à une pression d'environ 10 Pa soit atteinte.
      Remarque: Seule la pression approximative est nécessaire, car il est utilisé comme un moyen de balayage systématique du laser dans l'infrarouge lointain cAvity.
    9. Régler la position du coupleur de sortie de sorte que son extrémité la plus extérieure est d'environ 1 cm à partir du milieu de la cavité du laser, comme indiqué par un cadran gradué, à l'extérieur de la cavité laser.
      Remarque: seul l'emplacement approximatif est nécessaire car il est utilisé comme un moyen de balayage systématique de la cavité laser dans l'infrarouge lointain.
    10. Ajustez la position du miroir laser infrarouge lointain mobile dans environ incréments de 0,25 mm en tournant la molette micrométrique calibrée avant et en arrière. Simultanément régler la fréquence du laser CO 2 de la pompe à travers sa courbe de gain en changeant la tension appliquée aux bornes du transducteur piézoélectrique pompe laser CO 2 (PZT).
    11. Si aucun signal est observé sur l'écran de l'oscilloscope, répéter l'étape 2.4.10 avec le coupleur de sortie déplacé vers sa position suivante où la pointe est d'environ 1,5 cm à partir du milieu de la cavité du laser, comme indiqué par un cadran gradué, à l'extérieur du laser cavité.
    12. Si aucun signal est observé sur l'écran de l'oscilloscope, répétez l'étape 2.4.10 avec le coupleur de sortie déplacé à sa prochaine position où la pointe est d'environ 2 cm à partir du milieu de la cavité laser, comme indiqué par une échelle étalonnée à l'extérieur du laser cavité.
    13. Si aucun signal est observé sur l'écran de l'oscilloscope, répétez les étapes 2.4.9 travers 2.4.12 avec une pression laser infrarouge lointain d'environ 19 Pa ajusté avec la vanne de dosage sur la ligne d'entrée.
    14. Si aucun signal est observé sur l'écran de l'oscilloscope, répétez les étapes 2.4.9 travers 2.4.12 avec une pression laser infrarouge lointain d'environ 27 Pa ajusté avec la vanne de dosage sur la ligne d'entrée.
    15. Si aucun signal est observé sur l'écran de l'oscilloscope, à insérer l'arrêt de faisceau dans le trajet de la pompe laser CO 2 et fermer la vanne sur le CH 2 F 2 jusqu'à ce que le cylindre de pression à laser dans l'infrarouge lointain est d'environ 0 Pa.
    16. Réglez la pompe CO 2laser à la prochaine émission laser, par exemple, 9 P 34, et d'optimiser la puissance de sortie en utilisant des étapes 2.4.2 à travers 2.4.4.
    17. Répétez les étapes 2.4.5 travers 2.4.16 jusqu'à ce que toutes les émissions générées par la pompe laser CO 2 sont utilisés. Lors de la recherche pour les lignes de laser infrarouge lointain, mettre un accent sur ​​les émissions de CO 2 de laser de pompe dont les fréquences se chevaucher avec des régions d'absorption identifiés dans l'étape 1.2.
  5. Caractérisation des émissions laser infrarouge lointain.
    1. Régler simultanément la pression du milieu laser dans l'infrarouge lointain, la tension appliquée à PZT du CO 2 pompe laser et la position du coupleur de sortie jusqu'à ce que la puissance de sortie de l'infrarouge lointain laser émission est maximale (déterminée par un à crête maximale pic de signal de détecteur à diode MIM comme observé sur l'écran de l'oscilloscope, similaire à la figure 4).
    2. Tournez la molette micrométrique horaire jusqu'à l'émission laser infrarouge lointain est observée surl'écran de l'oscilloscope. Notez la position de la molette de micromètre.
    3. Tournez la molette dans le sens horaire pour un micromètre 20 modes supplémentaires correspondant à la même émission laser infrarouge lointain. Notez la position de la molette de micromètre.
    4. Soustraire la position de la molette micrométrique dans les étapes 2.5.2 et 2.5.3. Cette différence est divisée par 10 pour obtenir la longueur d'onde de l'émission laser dans l'infrarouge lointain.
    5. Répéter les étapes 2.5.2 2.5.4 à travers un total de cinq fois la moyenne et la longueur d'onde de l'émission laser dans l'infrarouge lointain. Longueurs d'onde laser moyenne mesurée par la traversée d'au moins 20 modes longitudinaux adjacents ont une incertitude d'un sigma de ± 0,5 pm.
    6. Mesurer la polarisation du rayonnement laser dans l'infrarouge lointain, par rapport au rayonnement de pompage CO 2, en utilisant soit un polariseur or wire-grille (394 lignes / cm) ou un polariseur de Brewster.

3. Détermination de l'infrarouge lointain Laser Fréquences

  1. Identifierment les émissions de CO 2 laser de référence.
    1. Calculer la fréquence de l'émission laser dans l'infrarouge lointain sur la base de sa longueur d'onde mesurée.
    2. Identifier des ensembles de lignes laser CO 2 de référence dont la fréquence est à l'intérieur de différence plusieurs GHz de la fréquence calculée pour l'émission laser dans l'infrarouge lointain 40. Une liste typique utilisés pour ces mesures est présenté dans le tableau 1.
  2. Recherche pour le signal de battement hétérodyne.
    1. Identifier le premier ensemble de lignes de laser de référence CO 2 et régler chaque laser CO 2 de référence lors de leur émission laser respective.
    2. Optimisez la puissance de sortie pour chaque laser de référence CO 2 en utilisant les étapes 2.4.2 à 2.4.4 et le compteur d'alimentation du moniteur.
      1. Régler un iris, interne ou externe de chaque laser de référence, de sorte que la puissance de chaque laser de référence CO 2 est d'environ 100 mW, mesurée par le mesureur de puissance du moniteur représenté sur laFigure 2.
    3. Bloquer le rayonnement provenant du laser de pompe de CO 2 au moyen d'un arrêt de faisceau tout en débloquant le rayonnement des lasers de référence de CO 2.
    4. Activer et aligner le hacheur optique dans le trajet de faisceau co-linéaire des lasers de référence de CO 2.
    5. Optimiser la tension maximale crête-à-crête chaque référence émissions de CO 2 de laser sur le détecteur à diode MIM en utilisant plusieurs miroirs, séparateurs de faisceaux, et une longueur focale ZnSe lentille plan-convexe de 2,54 cm tout en observant la sortie sur l'oscilloscope, semblable à la figure 5 .
    6. Bloquer le rayonnement des lasers CO 2 de référence au moyen d'un arrêt de faisceau tout en débloquant le rayonnement provenant de la pompe laser à CO 2.
    7. Re-optimiser le laser de pompage CO 2 et le laser dans l'infrarouge lointain, selon les besoins, de sorte que l'émission laser dans l'infrarouge lointain a une tension crête-à-crête maximale observée sur l'oscilloscope.
    8. Déconnecter til MIM la sortie du détecteur à diode de l'oscilloscope et le connecter à un amplificateur dont la sortie est observé sur un analyseur de spectre.
    9. Débloquer le rayonnement des lasers de référence de CO 2.
    10. Retirez les choppers optiques modulant les CO 2 pompes et de référence lasers.
    11. Régler l'analyseur de spectre sur une durée de 40 MHz et de recherche pour le signal de battement par incréments de 1,5 GHz en balayant manuellement cette gamme de fréquence en utilisant le bouton de réglage de l'analyseur de spectre.
    12. Si aucun signal de battement est observée, déconnecter la sortie de la diode MIM de l'amplificateur et le connecter à l'oscilloscope.
    13. Bloquer le rayonnement des lasers CO 2 de référence et réinsérer le hacheur optique dans le trajet de la pompe laser CO 2.
    14. Répétez les étapes 3.2.2 à 3.2.13 que nécessaire jusqu'à l'analyseur de spectre a été utilisé pour rechercher le signal de battement entre 0 et 12 GHz.
    15. Si aucun signal de battement est observée, Repeà étapes 3.2.2 à travers 3.2.14 avec un autre ensemble de lignes de laser CO 2 de référence jusqu'à ce que le signal de battement est observé ou tous les ensembles possibles de lignes laser de référence de CO 2 sont épuisées.
  3. La stabilisation de la fréquence de référence de CO 2.
    1. Appliquer une tension comprise entre 0 et 900 V pour le PZT de la première CO 2 référence laser de sorte que le signal provenant de sa cellule de référence de fluorescence respective se trouve au centre du creux de Lamb, illustré sur la figure 6 et comme on le voit sur ​​un oscilloscope comme sur la figure 7.
    2. Activer la tension de rétroaction appliqué à PZT de la première CO 2 laser de référence en utilisant un amplificateur / servo de lock-in construit sur ​​mesure afin qu'il reste verrouillé au centre du creux de Lamb.
    3. Répétez les étapes 3.3.1 et 3.3.2 pour le deuxième laser de référence CO 2.
    4. Contrôler visuellement la sortie du pré-amplificateur sur un oscilloscope, comme sur la figure 7, à enque les lasers de référence reste verrouillé.
  4. La mesure de la fréquence de battement.
    1. Centrer le signal de battement sur l'écran de l'analyseur de spectre et régler son amplitude de maximiser sa taille sur l'écran.
    2. Régler l'analyseur de spectre pour voir deux traces simultanées du signal de battement, comme dans la figure 8, en sélectionnant l'écriture option Effacer la fois pour Trace 1 et Trace 2. Une trace affichera le signal instantané tandis que l'autre sera d'enregistrer le signal maximale (en utilisant une fonctionnalité de Max Hold sur l'analyseur de spectre pour la deuxième trace).
    3. Tournez la molette micrométrique sur la cavité laser infrarouge lointain et d'autre de la courbe de gain pour un mode donnée de la cavité.
    4. Utilisez la fonction de Vue sur l'analyseur de spectre pour geler la deuxième (Max Hold) trace une fois un motif symétrique est obtenu.
    5. Tourner légèrement le cadran du micromètre dans le sens horaire pour diminuer la longueur de la cavité laser infrarouge lointain. Simultanément observer les sous-marinsequent petit changement dans la fréquence de battement sur l'analyseur de spectre en raison de cette légère augmentation de la fréquence du laser dans l'infrarouge lointain.
    6. Placer des marqueurs à la largeur à mi-maximum de points du motif symétrique (Hold trace Max) en utilisant la fonction de marqueur avec la fonction Delta sur l'analyseur de spectre.
    7. Mesurer la fréquence centrale du signal de battement en utilisant la fonction Span pair sur l'analyseur de spectre.
    8. Répétez les étapes 3.4.1 à travers 3.4.7.
    9. Désengager le verrou de l'amplificateur / d'asservissement pour chaque laser CO 2 de référence pour déverrouiller chaque laser à partir de sa fréquence centrale et ré-optimiser chaque laser CO 2 de référence.
    10. Re-verrouiller les lasers de référence en utilisant les étapes 3.3.1 à travers 3.3.4.
    11. Répétez les étapes 3.4.1 travers 3.4.10 pour un total de 6 mesures. Une fois terminé, déverrouiller chaque laser CO 2 de référence de sa fréquence centrale.
    12. Calculer la fréquence révisée de l'émission laser infrarouge lointain en utilisant ces battement frequences pour obtenir une prévision précise pour le deuxième ensemble de lignes de laser CO 2 de référence.
    13. Identifier un ensemble différent de lignes laser CO 2 de référence dont la différence de fréquence est à plusieurs GHz de la fréquence calculée pour l'émission laser infrarouge lointain.
    14. Optimiser la prochaine série de CO 2 lignes laser de référence sur le détecteur à diode MIM et obtenir le signal de battement en utilisant des étapes 3.2.2 travers 3.2.15, si nécessaire.
    15. Verrouiller le nouvel ensemble de CO 2 lignes laser de référence en utilisant les étapes 3.3.1 à travers 3.3.4.
    16. Répétez les étapes 3.4.1 travers 3.4.10 pour un total de 6 mesures. Une fois terminé, déverrouiller chaque laser CO 2 de référence de sa fréquence centrale.
    17. Insérer faisceau arrête dans les sentiers de CO 2 pompes et de référence lasers.
  5. Le calcul de la fréquence du laser dans l'infrarouge lointain.
    1. Calculer l'inconnu fréquence du laser infrarouge lointain, ν FIR, utilisant la mesure ne serontà la fréquence par la relation
      FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν battement | Eq. 1
      où | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | est l'amplitude de la différence de fréquence synthétisée par les deux lasers CO 2 de référence et | v battement | est l'amplitude de la fréquence de battement. Le signe ± dans l'équation. 1 est déterminée expérimentalement de l'étape 3.4.5.
    2. Obtenir une fréquence moyenne et de calculer laincertitude.

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Résultats

Comme mentionné, la fréquence rapportée pour une émission laser dans l'infrarouge lointain est une moyenne d'au moins douze mesures effectuées avec au moins deux ensembles différents de lignes laser de référence 2 CO. Le tableau 2 présente les données enregistrées pour l'émission 235,5 um de laser pour l'utilisation de la 9 P 04 CO 2 pompe laser. Pour cette émission laser dans l'infrarouge lointain, quatorze mesures individuelles de la fré...

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Discussion

Il ya plusieurs étapes critiques dans le protocole qui exige une discussion supplémentaire. Lors de la mesure la longueur d'onde du laser dans l'infrarouge lointain, tel que décrit dans l'étape 2.5.3, il est important d'assurer le même mode de l'émission laser dans l'infrarouge lointain est utilisé. Plusieurs modes de la longueur d'onde du laser dans l'infrarouge lointain (c.-à-TEM 00 TEM 01, etc.) peuvent être générés à l'intérieur de la c...

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Déclarations de divulgation

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.

Remerciements

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

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matériels

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.

Références

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