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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

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.

Abstract

La generazione e successiva misura della radiazione all'infrarosso lontano ha trovato numerose applicazioni in spettroscopia ad alta risoluzione, radio astronomia, e di imaging Terahertz. Per circa 45 anni, la generazione di coerenza, radiazioni all'infrarosso lontano è stato realizzato utilizzando il laser molecolare pompaggio ottico. Una volta rilevata la radiazione laser all'infrarosso lontano, le frequenze di queste emissioni laser sono misurate usando una tecnica eterodina tre laser. Con questa tecnica, la frequenza sconosciuta del laser molecolare pompaggio ottico è mescolato con la differenza di frequenza tra due frequenze di riferimento, stabilizzati infrarossi. Queste frequenze di riferimento vengono generati da laser di biossido di carbonio indipendenti, ciascuna stabilizzato utilizzando il segnale di fluorescenza da una cella di riferimento bassa pressione esterna. Il battito risultante tra le note e sconosciute frequenze laser è monitorato da un punto di contatto diodo rivelatore metallo-isolante-metallo la cui uscita è osservato su una specificaanalizzatore trum. La frequenza di battimento tra queste emissioni laser viene successivamente misurata e combinato con le frequenze di riferimento noti per estrapolare la frequenza del laser lontano infrarosso sconosciuta. La risultante di un sigma incertezza frazionata per frequenze laser misurata con questa tecnica è di ± 5 parti in 10 7. Determinare accuratamente la frequenza delle emissioni laser lontano infrarosso è critico in quanto sono spesso utilizzati come riferimento per altre misure, come in alto indagini spettroscopiche -Risoluzione dei radicali liberi con laser a risonanza magnetica. Nell'ambito di questa indagine, difluorometano, CH 2 F 2, è stato utilizzato come mezzo di laser lontano infrarosso. In tutto, otto frequenze laser lontano infrarosso sono stati misurati per la prima volta con frequenze che vanno da 0.359 al 1.273 THz. Tre di queste emissioni laser sono stati scoperti durante questa indagine e presentate con la loro pressione di esercizio ottimale, polarizzazione rispetto al CO 2

Introduzione

La misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso fu eseguita da Hocker e collaboratori nel 1967. Hanno misurato le frequenze per i 311 e 337 micron emissioni dal-scarico diretto laser acido cianidrico mescolandoli con armoniche di ordine elevato di un segnale a microonde in un diodo al silicio 1. Per misurare frequenze superiori, una catena di laser e dispositivi di miscelazione armonici sono stati utilizzati per generare le armoniche laser 2. Alla fine due stabilizzato anidride carbonica (CO 2) laser sono stati scelti per sintetizzare la differenza necessaria frequenze 3,4. Oggi, frequenze laser all'infrarosso lontano fino a 4 THz può essere misurata con questa tecnica utilizzando solo la prima armonica della frequenza differenza generato da due stabilizzate CO 2 laser di riferimento. Elevate emissioni laser frequenza possono anche essere misurati usando la seconda armonica, come le emissioni laser 9 THz dal isotopologhi metanolo CHD 2 OH e CH 3 18 OH. 5,6 Nel corso degli anni, la misurazione accurata delle frequenze laser ha inciso una serie di esperimenti scientifici 7,8 e permesso l'adozione di una nuova definizione del metro dalla Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure a Parigi nel 1983. 9 - 11

Eterodina tecniche, come quelle descritte, sono state estremamente utile nella misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso generati dai laser pompati otticamente molecolari. Dalla scoperta del laser molecolare pompaggio ottico da Chang e ponti 12, migliaia di pompaggio ottico emissioni laser lontano infrarosso sono stati generati con una varietà di mezzi laser. Ad esempio, difluorometano (CH 2 F 2) e suoi isotopologhi generano oltre 250 emissioni laser quando pompaggio ottico da un laser CO 2. Loro lunghezze d'onda vanno da circa 95,6-1714,1 micron 13. - 15 Quasi il 75% di queste emissioni laser hanno avuto le loro frequenze misurate, mentre molti sono stati assegnati spettroscopicamente 16-18.

Questi laser, e le loro frequenze, esattamente misurata, hanno svolto un ruolo cruciale nel progresso della spettroscopia ad alta risoluzione. Essi forniscono informazioni importanti per gli studi spettrali infrarossi dei gas laser. Spesso queste frequenze laser sono utilizzati per verificare l'analisi degli spettri infrarossi e lontano infrarosso perché forniscono connessioni tra i livelli eccitati stato vibrazionale che spesso sono direttamente accessibili da spettri di assorbimento 19. Essi servono anche come fonte di radiazione primaria per gli studi che indagano transitori, i radicali liberi di breve durata con la tecnica laser a risonanza magnetica 20. Con questa tecnica estremamente sensibile, rotazione e ro-vibrazionale spettri Zeeman negli atomi paramagnetici, molecole e ioni molecolari può essere recorded e analizzato con la capacità di indagare le velocità di reazione utilizzate per creare questi radicali liberi.

In questo lavoro, un laser molecolare pompaggio ottico, mostrato in figura 1, è stato utilizzato per generare radiazione laser all'infrarosso lontano da difluorometano. Questo sistema è composto da un onda continua (cw) CO 2 laser di pompa ed una cavità laser lontano infrarosso. Uno specchio interna alla cavità laser lontano infrarosso reindirizza la radiazione laser CO 2 nel tubo di rame lucido, subendo ventisei riflessioni prima di terminare alla fine della cavità, spargendo qualsiasi radiazione di pompa residua. Pertanto, il mezzo di laser lontano infrarosso è eccitato con una geometria di pompaggio trasversale. Per generare azione del laser, diverse variabili vengono regolati, alcuni simultaneamente, e tutte sono poi ottimizzati volta radiazione laser è osservata.

In questo esperimento, la radiazione laser all'infrarosso lontano è monitorata da un metallo-insutore-metallo (MIM) punto di contatto diodo rivelatore. Il rivelatore diodo MIM è stato usato per misure di frequenza laser dal 1969. 21 - 23 In misure di frequenza laser, il rivelatore diodo MIM è un mixer armonico tra due o più sorgenti di radiazione incidente sul diodo. Il rivelatore diodo MIM è costituito da un filo di tungsteno affilato contatto con un base di nickel otticamente lucidato 24. La base nichel ha un naturale strato di ossido sottile che è lo strato isolante.

Una volta che una emissione laser è stato rilevato, la sua lunghezza d'onda, polarizzazione, forza e pressione di esercizio ottimizzati sono stati registrati mentre la sua frequenza è stata misurata utilizzando tre laser eterodina tecnica 25 - 27 secondo il metodo descritto originariamente in Ref. 4. La Figura 2 mostra il laser molecolare pompaggio ottico con due ulteriori cw CO 2 laser di riferimento avente sta frequenza indipendentisistemi bilization che utilizzano il tuffo Agnello nel segnale di fluorescenza 4.3 micron da una cella di riferimento, a bassa pressione esterna 28. Questo manoscritto descrive il processo utilizzato per la ricerca di emissioni laser all'infrarosso lontano e metodo per la stima loro lunghezza d'onda e nel determinare con precisione la loro frequenza. Specifiche relative alla tecnica eterodina tre laser così come i vari componenti ei parametri operativi del sistema possono essere trovati in riferimento Tabella A con riferimenti 4, 25-27, 29 e 30.

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Protocollo

1. Pianificazione di Esperimenti

  1. Condurre uno studio della letteratura per valutare il lavoro preliminare eseguito utilizzando il mezzo di laser di interessi, che per questo esperimento è CH 2 F 2. Identificare tutte le emissioni laser noti insieme a tutte le informazioni sulle linee, come la loro lunghezza d'onda e la frequenza. Diverse indagini di emissioni laser noti sono disponibili 13,31 - 37.
  2. Compilare tutte le indagini spettroscopiche della molecola utilizzata come mezzo di laser con una particolare attenzione alla prima trasformata di Fourier 34 e optoacustica studi 38,39.

2. Le emissioni Generazione lontano infrarosso Laser

  1. Panoramica di sicurezza.
    1. Sviluppare una procedura operativa standard per il laboratorio che include la protezione per gli occhi quando si lavora con la CO 2 e sistemi laser lontano infrarosso.
  2. Allineamento e calibrazione.
    1. Calibrare ogni CO 2 laser utilizzando un analizzatore di spettro reticolo-based progettato per il laser CO 2 secondo il protocollo del produttore.
    2. Allineate gli specchi finali e lo specchio di accoppiamento nella cavità laser lontano infrarosso utilizzando un laser He-Ne di modo che la loro radiazione è focalizzata sul diodo rivelatore MIM.
    3. Dirigere la radiazione dal laser CO 2 pompa nella cavità laser lontano infrarosso attraverso una finestra di cloruro di sodio con un angolo di circa 72 o rispetto all'asse della cavità.
    4. Dirigere la radiazione dai due laser CO 2 con riferimento a ciascuna cella di riferimento loro rispettivi fluorescenza a bassa pressione o co-linearmente sul rivelatore diodo MIM con separatori di fasci e specchi supplementari.
  3. Rilevazione della radiazione laser all'infrarosso lontano.
    1. Lucidare la base di nickel ogni diversi giorni con un lucido metallico standard.
    2. Crimp un filo di tungsteno di 25 micron in un post di rame e piegare il filo nel configurzione mostrata in figura 3.
    3. Regolare la lunghezza del filo in modo che sia tra 10 e 20 lunghezze d'onda della radiazione da misurare.
    4. Elettrochimicamente etch la punta del filo in una soluzione di idrossido di sodio satura (NaOH) applicando una tensione (circa 3,5 a 5 VAC) alla soluzione.
    5. Re-incidere la punta con una bassa tensione (meno di 1 VAC). Questo irruvidisce la punta del filo e migliora le prestazioni del diodo.
    6. Lavare il filo con acqua distillata.
    7. Inserire il perno di rame nella scatola del diodo MIM una volta che il filo è asciutta.
    8. Posizionare il filo a contatto con la base di nickel con un sistema a vite e il livello soddisfacente. Contatti ottenendo una resistenza attraverso il diodo tra 100 e 500 Ω sono utilizzati tipicamente quando rilevare e misurare la radiazione laser all'infrarosso lontano.
  4. Generazione di radiazione laser all'infrarosso lontano.
    1. Impostare il laser di pompa CO 2 su una specifica em laserissione, ad es., 9 P 36.
    2. Ruotare il quadrante del micrometro sul laser di pompa CO 2 avanti e indietro per ottenere la massima intensità sulla battuta fascio.
    3. Regolare l'inclinazione del reticolo del laser di pompa CO 2 per ottenere la massima intensità sulla battuta fascio.
    4. Ripetere i punti 2.4.2 e 2.4.3 fino a quando la potenza di uscita per il laser di pompa CO 2 appare ottimizzato sulla battuta fascio.
    5. Rimuovere la fermata fascio dal percorso del laser pompa CO 2.
    6. Accendere e allineare l'elicottero ottica nel percorso del raggio del laser pompa CO 2.
    7. Aprire la valvola della bombola F 2 CH 2 per introdurre il mezzo laser all'infrarosso lontano nella cavità laser lontano infrarosso.
    8. Regolare la valvola di dosaggio sulla linea di ingresso fino ad una pressione di circa 10 Pa è raggiunto.
      Nota: Solo la pressione approssimativa è necessaria poiché viene usato come un modo di scansione laser sistematicamente lontano infrarosso cavity.
    9. Impostare la posizione dell'accoppiatore di uscita in modo che la sua punta più esterna è di circa 1 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna della cavità laser.
      Nota: Solo la posizione approssimativa è necessaria in quanto viene utilizzato come un modo di scansione sistematicamente cavità laser lontano infrarosso.
    10. Regolare la posizione del mobile specchio laser lontano infrarosso in circa 0,25 mm con incrementi ruotando la ghiera micrometrica calibrato avanti e indietro. Contemporaneamente sintonizzare la frequenza del laser CO 2 pompa attraverso la sua curva di guadagno cambiando la tensione applicata ai capi del trasduttore piezoelettrico laser di pompa CO 2 (PZT).
    11. Se nessun segnale viene osservata sul display dell'oscilloscopio, ripetere passo 2.4.10 con l'accoppiatore uscita spostata nella posizione successiva in cui la punta è circa 1,5 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna del laser cavità.
    12. Se nessun segnale viene osservata sul display dell'oscilloscopio, ripetere passo 2.4.10 con l'accoppiatore uscita spostata nella posizione successiva in cui la punta è di circa 2 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna del laser cavità.
    13. Se nessun segnale si osserva sul display dell'oscilloscopio, ripetere i punti 2.4.9 attraverso 2.4.12 con una pressione laser lontano infrarosso di circa 19 Pa come regolata con la valvola di dosaggio sulla linea di aspirazione.
    14. Se nessun segnale si osserva sul display dell'oscilloscopio, ripetere i punti 2.4.9 attraverso 2.4.12 con una pressione laser lontano infrarosso di circa 27 Pa come regolata con la valvola di dosaggio sulla linea di aspirazione.
    15. Se nessun segnale viene osservata sul display dell'oscilloscopio, inserire la fermata fascio nel percorso del laser di pompa CO 2 e chiudere la valvola sul CH 2 F 2 cilindro finché la pressione laser lontano infrarosso è di circa 0 Pa.
    16. Impostare la pompa di CO 2laser per il prossimo emissione laser, ad esempio, 9 P 34, e ottimizzare la potenza di uscita utilizzando i passi 2.4.2 attraverso 2.4.4.
    17. Ripetere i passaggi 2.4.5 attraverso 2.4.16 fino a quando vengono utilizzate tutte le emissioni generate dal laser pompa CO 2. Durante la ricerca di linee laser lontano infrarosso, mettere un focus sulle emissioni di CO 2 laser di pompa le cui frequenze si sovrappongono con qualsiasi regioni di assorbimento identificati nella fase 1.2.
  5. Caratterizzare emissioni laser lontano infrarosso.
    1. Contemporaneamente regolare la pressione del mezzo laser lontano infrarosso, la tensione applicata al PZT del laser di pompa CO 2, e la posizione del accoppiatore uscita finché è massimizzato potenza della emissione laser lontano infrarosso (determinato da un picco-to massima segnale di picco del diodo rivelatore MIM come osservato sul display dell'oscilloscopio, simile alla figura 4).
    2. Girare la manopola del micrometro in senso orario fino alla emissione laser lontano infrarosso si osservail display dell'oscilloscopio. Registrare la posizione del comparatore.
    3. Girare la manopola micrometrica in senso orario per altri 20 modi corrispondenti allo stesso emissione laser lontano infrarosso. Registrare la posizione del comparatore.
    4. Sottrarre la posizione del quadrante del micrometro in passi 2.5.2 e 2.5.3. Dividere questa differenza per 10 per ottenere la lunghezza d'onda dell'emissione laser lontano infrarosso.
    5. Ripetere passaggi 2.5.2 2.5.4 attraverso un totale di cinque volte e la lunghezza d'onda media dell'emissione laser lontano infrarosso. Lunghezze d'onda laser medi misurati attraversando almeno 20 modi longitudinali adiacenti hanno una incertezza uno-sigma di ± 0,5 micron.
    6. Misurare la polarizzazione della radiazione laser all'infrarosso lontano, rispetto alla radiazione di pompa CO 2, utilizzando un polarizzatore oro a griglia metallica (394 linee / cm) o un polarizzatore Brewster.

3. Determinazione lontano infrarosso Frequenze Laser

  1. Identificareing le emissioni di CO 2 laser di riferimento.
    1. Calcolare la frequenza dell'emissione laser lontano infrarosso basato su sua lunghezza d'onda misurata.
    2. Identificare serie di CO 2 linee laser di riferimento la cui differenza di frequenza è in qualche gigahertz della frequenza calcolato per l'emissione laser lontano infrarosso 40. Un elenco tipico utilizzato per tali misurazioni è riportata nella Tabella 1.
  2. Ricerca del segnale di battimento eterodina.
    1. Identificare la prima serie di linee laser CO 2 di riferimento e impostare ciascun CO 2 laser di riferimento sui rispettivi emissione laser.
    2. Ottimizzare la potenza di uscita per ogni laser CO 2 di riferimento utilizzando passaggi 2.4.2 tramite 2.4.4 e il misuratore di potenza del monitor.
      1. Regolare un'iride, interno o esterno di ciascun laser di riferimento, in modo che la potenza di ciascun CO 2 laser di riferimento è di circa 100 mW misurata dal misuratore di potenza del monitor mostrato inFigura 2.
    3. Bloccare la radiazione dal laser pompa CO 2 utilizzando una fermata fascio mentre sbloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento.
    4. Accendere e allineare l'elicottero ottica nel percorso ottico co-lineare dei laser CO 2 di riferimento.
    5. Ottimizza per massima tensione picco-picco di ciascun CO 2 emissione laser riferimento diodo rivelatore MIM usando diversi specchi, divisori di fascio, ed una lente piano-convessa lunghezza ZnSe focale 2.54 cm osservando l'uscita sull'oscilloscopio, simile alla figura 5 .
    6. Bloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento utilizzando una fermata fascio mentre sbloccare la radiazione dal laser pompa CO 2.
    7. Re-ottimizzare il laser di pompa CO 2 e il laser lontano infrarosso, se necessario, in modo che l'emissione laser lontano infrarosso ha una massima tensione di picco-picco come osservato sull'oscilloscopio.
    8. Scollegare tha MIM uscita del diodo rivelatore dall'oscilloscopio e collegarlo a un amplificatore la cui uscita è osservato su un analizzatore di spettro.
    9. Sbloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento.
    10. Rimuovere gli elicotteri ottici che modulano la pompa e di riferimento laser CO 2.
    11. Impostare l'analizzatore di spettro su un arco di 40 MHz e cercare il segnale di battimento con incrementi di 1,5 GHz attraverso la scansione manualmente questa gamma di frequenza con la manopola di regolazione del analizzatore di spettro.
    12. Se nessun segnale di battimento si osserva, scollegare l'uscita del diodo MIM dall'amplificatore e collegarlo all'oscilloscopio.
    13. Bloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento e reinserire l'elicottero ottica nel percorso del laser pompa CO 2.
    14. Ripetere i passaggi attraverso 3.2.2 3.2.13 necessaria fino a quando l'analizzatore di spettro è stato usato per ricercare il segnale di battimento tra 0 e 12 GHz.
    15. Se nessun segnale di battimento si osserva, repea passi 3.2.2 attraverso 3.2.14, con un altro gruppo di CO 2 linee laser di riferimento fino a quando il segnale di battimento si osserva o tutti i possibili insiemi di linee laser CO2 di riferimento sono esauriti.
  3. Stabilizzare le frequenze di riferimento di CO 2.
    1. Applicare una tensione compresa tra 0 e 900 V al PZT primo CO 2 del laser di riferimento in modo che il segnale dalla rispettiva cella di riferimento fluorescenza è al centro del dip Lamb, illustrata in figura 6 e come visualizzato su un oscilloscopio come in Figura 7.
    2. Attivare la tensione di retroazione applicata al PZT primo CO 2 del laser di riferimento utilizzando un / servo amplificatore lock-in su misura in modo che rimanga bloccato al centro del dip Lamb.
    3. Ripetere i punti 3.3.1 e 3.3.2 per il secondo laser CO 2 di riferimento.
    4. Visivamente monitorare l'uscita del pre-amplificatore su un oscilloscopio, come in figura 7, a enche i laser di riferimento rimane bloccato.
  4. Misura della frequenza di battimento.
    1. Centro il segnale di battimento sul display analizzatore di spettro e regolare l'ampiezza di massimizzare la sua dimensione sul display.
    2. Impostare l'analizzatore di spettro per visualizzare due tracce simultanee del segnale di battimento, come nella figura 8, selezionando la funzione Write sereno sia per Traccia 1 e Traccia 2. Una traccia visualizzerà il segnale istantaneo mentre l'altro registrare il segnale massimo (usando una funzione Attesa Max sull'analizzatore di spettro per la seconda traccia).
    3. Ruotare il quadrante del micrometro sulla cavità laser lontano infrarosso avanti e indietro attraverso la curva di guadagno per una data modalità cavità.
    4. Utilizzare la funzione Visualizza sulla analizzatore di spettro di congelare il secondo (Max Hold) traccia una volta si ottiene un modello simmetrico.
    5. Ruotare leggermente la manopola micrometrica in senso orario per diminuire la lunghezza della cavità laser lontano infrarosso. Osservare simultaneamente i sottotitoliEquent piccolo spostamento della frequenza di battimento sul analizzatore di spettro a causa di questo leggero aumento della frequenza del laser all'infrarosso lontano.
    6. Posizionare i marcatori alla larghezza a metà massimo dei punti del modello simmetrico (traccia Max Hold) utilizzando la funzione di indicatore con la funzione Delta sul analizzatore di spettro.
    7. Misurare la frequenza centrale del segnale di battimento utilizzando la funzione Span Pair sull'analizzatore di spettro.
    8. Ripetere i passaggi 3.4.1 tramite 3.4.7.
    9. Sbloccare il blocco amplificatore / servo per ogni CO 2 laser di riferimento per sbloccare ogni laser dalla sua frequenza centrale e ri-ottimizzare ogni laser CO 2 di riferimento.
    10. Ribloccare i laser di riferimento utilizzando passaggi 3.3.1 tramite 3.3.4.
    11. Ripetere i passaggi 3.4.1 attraverso 3.4.10, per un totale di 6 misurazioni. Una volta completata, sbloccare ogni laser CO 2 di riferimento dalla sua frequenza centrale.
    12. Calcolare la frequenza riveduta della emissione laser lontano infrarosso utilizzando questi battito frequenze per ottenere una previsione accurata per la seconda serie di linee laser CO 2 di riferimento.
    13. Identificare un diverso insieme di linee laser CO 2 di riferimento la cui differenza di frequenza è entro qualche gigahertz della frequenza calcolata per l'emissione laser lontano infrarosso.
    14. Ottimizzare la prossima serie di CO 2 linee laser di riferimento sul diodo rivelatore MIM e ottenere il segnale di battimento con passaggi 3.2.2 attraverso 3.2.15, se necessario.
    15. Bloccare la nuova serie di linee di CO 2 laser di riferimento utilizzando passaggi 3.3.1 tramite 3.3.4.
    16. Ripetere i passaggi 3.4.1 attraverso 3.4.10, per un totale di 6 misurazioni. Una volta completata, sbloccare ogni laser CO 2 di riferimento dalla sua frequenza centrale.
    17. Fascio Inserire ferma nei sentieri della pompa e di riferimento laser CO 2.
  5. Calcolo della frequenza del laser lontano infrarosso.
    1. Calcolare la frequenza del laser lontano infrarosso sconosciuto, ν FIR, utilizzando la misurato esserealla frequenza attraverso la relazione
      FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | battito ν | Eq. 1
      dove | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | è la grandezza della differenza di frequenza sintetizzato dalle due CO 2 laser di riferimento e | battito ν | è l'ampiezza della frequenza di battimento. Il segno ± nell'eq. 1 è determinato in via sperimentale a partire dal punto 3.4.5.
    2. Ottenere una frequenza media e calcolare ilincertezza.

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Risultati

Come accennato, la frequenza riportata di emissione laser lontano infrarosso è una media di almeno dodici misure effettuate con almeno due diversi insiemi di CO linee laser 2 di riferimento. La Tabella 2 illustra i dati registrati per l'emissione 235.5 micron laser utilizzando la 9 P 04 CO 2 laser della pompa. Per questa emissione laser lontano infrarosso, sono state registrate quattordici misurazioni individuali della frequenza di battimento. La prima serie di misure...

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Discussione

Ci sono diversi passaggi critici all'interno del protocollo che richiedono una discussione supplementare. Quando si misura la lunghezza d'onda del laser all'infrarosso lontano, come descritto nel passaggio 2.5.3, è importante garantire la stessa modalità dell'emissione laser lontano infrarosso viene utilizzato. Modalità multiple di una lunghezza d'onda laser lontano infrarosso (cioè, TEM 00, TEM 01, etc.) possono essere generati all'interno della cavità laser e...

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Divulgazioni

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.

Riconoscimenti

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

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Materiali

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.

Riferimenti

  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).
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