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

実験1.計画<ol><li>事前の作業を評価するために、文献の調査を実施することは、この実験のためにCH 2 F 2であり、関心のレーザ媒質を用いて行きました。そのような彼らの波長や周波数などの回線に関するすべての情報と共に、すべての既知のレーザー排出量を特定します。 37 -知られているレーザーの排出量のいくつかの調査は13,31利用できます。 </li><li>前フーリエ変換を中心としたレーザ媒質として使用される分子の全ての分光調査は34と光音響研究38,39を変換しコンパイルします。 </li></ol> 2.生成遠赤外レーザーの排出量<ol><li>安全に関する概要。 <ol><li> CO 2と遠赤外線レーザーシステムで作業する場合、適切な眼の保護を備えてラボのための標準的な操作手順を開発します。 </li></ol></li><li>アライメントとキャリブレーション。 <ol><li>各CO 2リットルのキャリブレーション製造業者のプロトコルに従ってCO 2レーザ用に設計された回折格子ベースのスペクトラム・アナライザを使用してASER。 </li><li>その放射線は、MIMダイオード検出器上に集束されるように、He-Neレーザを用いて遠赤外線レーザキャビティ内のエンドミラーと結合ミラーの位置を合わせます。 </li><li>空洞軸に対して約72 Oの角度で塩化ナトリウム窓を通して遠赤外線レーザーキャビティ内にCO 2ポンプレーザからの放射を向けます。 </li><li>ビームスプリッタと追加のミラーを使用して、MIMダイオード検出器にそれぞれ低圧蛍光基準セルまたは共直線的にのいずれかへの2つのCO 2の基準レーザからの放射を向けます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザー放射線の検出。 <ol><li>標準的な金属研磨を使用して数日毎にニッケル基を磨きます。 </li><li>銅ポストに25μmのタングステン線を圧着し、configurにワイヤーを曲げエーション図3に示します。 </li><li>それは測定された放射線の10〜20の波長の間にあるように、ワイヤの長さを調整します。 </li><li>電気化学溶液に電圧（約3.5〜5 VAC）を適用することにより、飽和水酸化ナトリウム（NaOH）溶液中に、ワイヤの先端をエッチングします。 </li><li>低電圧（1未満VAC）で先端を再エッチングします。これは、ワイヤの先端を粗くし、ダイオードのパフォーマンスが向上します。 </li><li>蒸留水でワイヤーを洗い流します。 </li><li>ワイヤが乾燥したら、MIMダイオードのハウジングに銅ポストを挿入します。 </li><li>細かいネジとレベルのシステムを使用して、ニッケルベースに接触して電線を置きます。遠赤外線レーザー放射線を検出して測定するとき100および500Ωの間にダイオード間の抵抗をもたらす接点は典型的に使用されます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザ放射の生成。 <ol><li>特定のレーザーのemにCO 2ポンプレーザを設定ission、 例えば 、9 P 36。 </li><li>ビーム停止に最大強度を達成するために、前後にCO 2ポンプレーザのマイクロメータのダイヤルを回します。 </li><li>ビーム停止に最大強度を達成するために、CO 2ポンプレーザの回折格子の傾きを調整します。 </li><li> CO 2ポンプレーザの出力パワーはビーム停止に最適化された表示されるまで繰り返して、2.4.2と2.4.3のステップ。 </li><li> CO 2ポンプレーザのパスからのビーム停止を削除します。 </li><li>電源をオンにして、CO 2ポンプレーザの光路に光チョッパを揃えます。 </li><li>遠赤外線レーザキャビティ内に遠赤外線レーザ媒質を導入するために、CH 2 F 2気筒のバルブを開きます。 </li><li>約10 Paの圧力が達成されるまで入口ライン上の計量バルブを調整します。 注：これは、系統的に遠赤外線レーザーcをスキャンする方法として使用されるためだけ近似圧力が必要ですavity。 </li><li>レーザ共振器の外側の目盛で示されるように、その最も外側の先端がレーザキャビティの中央から約1cmになるように、出力カプラの位置を設定します。 注：これは、系統的に遠赤外線レーザ共振器を走査する方法として使用されるためだけ近似位置が必要です。 </li><li>前後にキャリブレーションマイクロメーターダイヤルを回転させることにより、約0.25ミリメートル刻みで移動可能な遠赤外線レーザミラーの位置を調整します。 CO 2ポンプレーザの圧電トランスデューサ（PZT）に印加される電圧を変えることによってその利得曲線を介して同時に調整するCO 2ポンプレーザの周波数。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されない場合は、出力カプラとの繰り返しステップ2.4​​.10は、レーザの外側に目盛で示すように、先端部がレーザキャビティの中央から約1.5 cmであったその次の位置に移動させます空洞。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されない場合は、出力カプラとの繰り返しステップ2.4​​.10は、レーザの外側に目盛で示すように、先端部がレーザキャビティの中央から約2cmで、その次の位置に移動させます空洞。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されていない場合は、繰り返しが入口ライン上の計量バルブを調整して約19 Paでの遠赤外レーザーの圧力で2.4.12を通して2.4.9を繰り返します。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されていない場合は、繰り返しが入口ライン上の計量バルブを調整して約27 Paでの遠赤外レーザーの圧力で2.4.12を通して2.4.9を繰り返します。 </li><li>無信号をオシロスコープの表示上で観察されていない場合、CO 2ポンプレーザの経路にビーム停止を挿入し、約0 Paである遠赤外線レーザー圧力まで、CH 2 F 2気筒のバルブを閉じます。 </li><li> CO 2ポンプを設定次のレーザ発光、 例えば、9、P 34へのレーザ、および2.4.4〜ステップ2.4.2を使用して出力電力を最適化します。 </li><li> CO 2ポンプレーザによって生成されたすべての排出量は使用されるまで繰り返し2.4.16を通して2.4.5を繰り返します。遠赤外レーザーラインを検索する場合、周波数ステップ1.2で識別された吸収領域と重なって、CO 2ポンプレーザの排出量に焦点を置きます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザー放射を特徴付けます。 <ol><li>遠赤外線レーザ放射の出力電力が最大になるまで、同時に遠赤外線レーザ媒質の圧力、CO 2ポンプレーザのPZTに印加される電圧、及び出力カプラの位置を調整する（最大ピークトゥによって決定図4に類似したオシロスコープのディスプレイ上で観察されるように、MIMダイオード検出器からのピーク信号）。 </li><li>遠赤外線レーザ発光がオンに観察されるまでマイクロメーターダイヤルを右に回しますオシロスコープのディスプレイ。マイクロメーターダイヤルの位置を記録します。 </li><li>同じ遠赤外線レーザ発光に対応する追加の20のモードのマイクロメータのダイヤルを右に回します。マイクロメーターダイヤルの位置を記録します。 </li><li>ステップ2.5.2と2.5.3でマイクロメーターダイヤルの位置を引きます。遠赤外線レーザ放射の波長を得るために、10で、この差を分割します。 </li><li> 2.5.4まで手順5回の合計を2.5.2を繰り返し、遠赤外線レーザ発光の波長を平均します。少なくとも20の隣接する縦モードを横断することにより測定された平均のレーザー波長は、±0.5μmの1シグマの不確実性を持っています。 </li><li>金のワイヤグリッド偏光子（394ライン/ cm）で ​​又はブルースター偏光子のいずれかを使用して、CO 2ポンプ放射に対して遠赤外線レーザ放射の偏光を測定します。 </li></ol></li></ol> 3.遠赤外レーザーの周波数を決定します<ol><li>特定CO 2基準レーザ放射をる。 <ol><li>その測定波長に基づいて、遠赤外線レーザ発光の周波数を計算します。 </li><li>周波数の違い遠赤外線レーザ発光40のための計算された周波数の数GHzの範囲内にあるCO 2基準レーザラインのセットを識別します。このような測定のために使用される典型的なリストを表1に示します。 </li></ol></li><li>ヘテロダインビート信号を検索しています。 <ol><li> CO 2基準レーザラインの最初のセットを特定し、それぞれのレーザ発光の各CO 2参照レーザーを設定します。 </li><li> 2.4.4およびモニターの電源メーターを介してステップ2.4.2を使用して、各CO 2基準レーザの出力パワーを最適化します。 <ol><li>に示すモニタ電力計によって測定されるように、各CO 2基準レーザからの電力は、約100ミリワットであるように、内部または各基準レーザの外部のいずれかで、絞りを調整します図2。 </li></ol></li><li> CO 2参照レーザからの放射をブロック解除しながら、ビーム停止を使用して、CO 2ポンプレーザからの放射をブロックします。 </li><li>電源をオンにして、CO 2参照レーザの共直線ビーム経路に光チョッパを揃えます。 </li><li>オシロスコープで出力を観察しながら図5と同様に、いくつかのミラー、ビームスプリッタ、及び2.54センチメートルに焦点距離のZnSe平凸レンズを使用して、最大ピーク・ツー・ピーク電圧のためのMIMダイオード検出器の各CO 2参照レーザ発光を最適化。 </li><li> CO 2ポンプレーザからの放射をブロック解除しながら、ビーム停止を使用して、CO 2の基準レーザからの放射線をブロックします。 </li><li>オシロスコープ上で観察される遠赤外線レーザ放射が最大ピーク・ツー・ピーク電圧を有するように、CO 2ポンプレーザと遠赤外線レーザーは、必要に応じて、再最適化します。 </li><li>切断トン彼は、オシロスコープからダイオード検出器の出力をMIMとその出力スペクトラムアナライザ上で観察されたアンプに接続します。 </li><li> CO 2参照レーザから放射ブロックを解除。 </li><li> CO 2ポンプと、基準レーザの変調光学チョッパーを削除します。 </li><li> 40 MHzのスパンで、スペクトルアナライザを設定し、手動でスペクトラム・アナライザの調整ノブを使用して、この周波数範囲を走査することにより、1.5 GHzの単位でビート信号を検索します。 </li><li>何のビート信号が観測されていない場合は、アンプからのMIMダイオードの出力を切断し、オシロスコープに接続します。 </li><li> CO 2参照レーザからの放射線をブロックし、CO 2ポンプレーザの経路に光チョッパを挿入します。 </li><li>スペクトラムアナライザは、0と12 GHzの間のビート信号を検索するために使用されるまで繰り返して、必要に応じて、3.2.13を通して3.2.2を繰り返します。 </li><li>全くビート信号が観測されない場合、REPEビート信号が観測またはCO 2基準レーザ線のすべての可能なセットされるかまで、CO 2基準レーザ線の別のセットと3.2.14〜ステップ3.2.2に排出されます。 </li></ol></li><li> CO 2の基準周波数を安定化させます。 <ol><li>そのそれぞれの蛍光基準セルからの信号が、図6 及び図7のようにオシロスコープで見られるように示され、ラムディップの中心になるように、第一のCO 2基準レーザのPZTに0と900 Vの電圧を印加します。 </li><li>それはラムディップの中心にロックされたままであるようにロックイン/サーボアンプを内蔵カスタムを使用して、最初のCO 2基準レーザのPZTに印加帰還電圧をアクティブにします。 </li><li>繰り返しは、第二のCO 2基準レーザのために3.3.1と3.3.2を繰り返します。 </li><li>視覚アンに、 図7のように 、オシロスコープのプリアンプの出力を監視します必ず参照レーザは、ロックされたまま。 </li></ol></li><li>ビート周波数の測定。 <ol><li>スペクトラム・アナライザの表示上のビート信号をセンタリングして表示上のサイズを最大化するために、その振幅を調整します。 </li><li>使用して（両方のトレース1のための明確な書き込み機能を選択することにより、 図8のようにビート信号の2つの同時トレースを、表示されるように、スペクトルアナライザを設定し、他方は最大の信号を記録しながら、瞬時の信号を表示します。2. 1つのトレースをトレース第2のトレースのためのスペクトルアナライザの最大ホールド機能）。 </li><li>指定されたキャビティモードの利得曲線を横切って前後に遠赤外線レーザ共振器のマイクロメータのダイヤルを回します。 </li><li>対称のパターンが得られた後に第二（マックスホールド）トレースを凍結するスペクトルアナライザの表示機能を使用します。 </li><li>若干遠赤外線レーザキャビティの長さを減少させるためにマイクロメーターダイヤルを時計回りに回転させます。同時に潜水艦を観察遠赤外レーザーの周波数におけるこのわずかな増加にスペクトルアナライザのビート周波数の小さなずれをequent。 </li><li>スペクトルアナライザのデルタ機能とマーカ機能を使用して対称パターン（最大ホールドトレース）の半値点で全幅にマーカーを配置します。 </li><li>スペクトルアナライザのスパンペア機能を使用してビート信号の中心周波数を測定します。 </li><li>繰り返し3.4.7を介して3.4.1を繰り返します。 </li><li>その中心周波数からの各レーザのロックを解除し、それぞれCO 2基準レーザを再最適化するために、各CO 2レーザのための基準/サーボアンプ内のロックを外します。 </li><li> 3.3.4〜ステップ3.3.1を使用して参照レーザーを再ロックします。 </li><li>繰り返しは6回の測定の合計3.4.10を通して3.4.1を繰り返します。完了したら、その中心周波数からそれぞれのCO 2参照レーザーのロックを解除します。 </li><li>これらのビートFREを用いた遠赤外線レーザ放射の改訂頻度を計算します波数を与えるとCO 2基準レーザ線の第二のセットのための正確な予測を得ることができます。 </li><li>周波数の違い遠赤外線レーザ発光のための計算された周波数の数GHzの範囲内にあるCO 2基準レーザラインの異なるセットを識別します。 </li><li> MIMダイオード検出器のCO 2基準レーザラインの次のセットを最適化し、必要に応じ3.2.15〜ステップ3.2.2を使用してビート信号を得ます。 </li><li> 3.3.4〜ステップ3.3.1を使用して、CO 2基準レーザラインの新しいセットをロックします。 </li><li>繰り返しは6回の測定の合計3.4.10を通して3.4.1を繰り返します。完了したら、その中心周波数からそれぞれのCO 2参照レーザーのロックを解除します。 </li><li>挿入ビームは、CO 2ポンプと、基準レーザーの路に停止します。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザ周波数の計算。 <ol><li>測定することを使用して、FIRν、未知の遠赤外線レーザ周波数を算出します周波数での関係を通じて FIR = |νCO2（I）-νCO2（II）| ±|ν ビート |式1 ここで、|νCO2（I）-νCO2（II）| ν ビート | | 2、CO 2の基準レーザーとによって合成された差周波数の大きさがありますビート周波数の大きさです。式の±記号。 1ステップ3.4.5から実験的に決定されます。 </li><li>平均周波数を取得し、計算不確実性。 </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.

いくつかの追加の議論が必要なプロトコル内いくつかの重要なステップがあります。遠赤外レーザ波長を測定する場合、ステップ2.5.3に概説されるように、それが使用されている遠赤外線レーザー放射の同じモードを確保することが重要です。遠赤外レーザーの波長（ すなわち、TEM 00、TEM 01など）の複数のモードは、レーザキャビティ内で生成することができ、それが...

遠赤外線レーザ周波数の測定は、最初の彼らは、マイクロ波信号の高次高調波と混合して直接放電シアン化水素レーザーからの311と337ミクロンの排出のための周波数を測定1967年Hockerおよび共同研究者によって行われました。シリコンダイオード1インチより高い周波数を測定するために、レーザと高調波の混合装置のチェーンは、レーザの高調波2を生成するために使用されました。最終的には両者はレーザが必要な差周波数を3,4を合成するために選択された二酸化炭素（CO 2）を安定化します。今日、4テラヘルツまでの遠赤外線レーザー周波数が2で生成された差分周波数の最初の高調波を使用して、この技術を用いて測定することができるCO 2基準レーザを安定化。より高い周波数のレーザー放射は、また、メタノールの同位体のCHD 2 OH及びCH 3から9テラヘルツレーザ放射として第二高調波を用いて測定することができます</s&gt; 18 OH UB。長年の間に5,6、レーザー周波数の正確な測定は、科学実験7,8の数に影響を与えたとパリでの度量衡の総会によってメートルの新しい定義の採用を可能にしました1983年9から11 例えば、記載されたもののようなヘテロダイン技術は、光励起分子レーザによって生成された遠赤外線レーザ周波数の測定において非常に有益でした。チャンとブリッジ12によって光学的に励起分子レーザの発見以来、光学的に励起遠赤外線レーザ放射の何千ものレーザ媒質の様々な生成されています。光学的にCO 2レーザで励起するとき、例えば、ジフルオロメタン（CH 2 F 2）とその同位体は、250以上のレーザー放射を生成します。その波長は約95.6から1714.1ミクロンの範囲13 - </s18 - &gt; 15までのこれらのレーザー排出量の約75％は、いくつかの分光16が割り当てられているが、それらの周波数が測定されてきました。 これらのレーザー、及びそれらの正確に測定された周波数は、高分解能分光法の発展に重要な役割を果たしています。彼らは、レーザーガスの赤外分光研究のための重要な情報を提供します。彼らはしばしば吸収スペクトル19から直接アクセスできない励起振動状態レベルの間の接続を提供するので、多くの場合、これらのレーザの周波数は、赤外線および遠赤外線スペクトルの分析を確認するために使用されます。彼らはまた、レーザー磁気共鳴技術20で一過、短 ​​寿命のフリーラジカルを調査研究のための主要な放射源として機能します。この非常に敏感な技術では、常磁性原子、分子、分子イオンで回転し、RO-振動ゼーマンスペクトルは、rすることができますこれらのフリーラジカルを作成するために使用される反応速度を調査する能力とともにecorded分析しました。 この作業では、 図1に示した光励起分子レーザは、ジフルオロメタンから遠赤外線レーザー放射を生成するために使用されてきました。このシステムは、連続波（CW）CO 2ポンプレーザと遠赤外線レーザ共振器から成ります。遠赤外線レーザキャビティ内部のミラーが残りのポンプ放射を散乱、空洞の終わりに終了する前に、26の反射を受けて、研磨銅管の下のCO 2レーザ放射をリダイレクトします。従って、遠赤外線レーザー媒質は、横ポンピングジオメトリを使用して励起されます。レーザー作用を生成するために、いくつかの変数がいくつか同時に、調整され、レーザ放射が観測されると、すべてのその後に最適化されています。 この実験では、遠赤外線レーザー放射線は、金属INSUによって監視されていますレータ - 金属（MIM）点接触ダイオード検出器。 MIMダイオード検出器は、1969年21は 、レーザ周波数の測定に使用されている-レーザ周波数の測定は23、MIMダイオード検出器は、ダイオード上に2つ以上の放射線源との間の入射高調波ミキサです。 MIMダイオード検出器は、光学研磨ニッケルベース 24 に接触する先鋭化タングステン線で構成されています。ニッケルベースは、絶縁層である、天然に存在する薄い酸化物層を有しています。 当初は文献に記載された方法に従って27 -レーザ発光が検出されたら、その周波数は、3つのレーザーヘテロダイン法25を用いて測定しながら、その波長、偏光、強度、及び最適化された動作圧力を記録しました。 4. 図2は、2つの追加のCW CO 2参照レーザは、独立した周波数のSTAを有する光ポンピング分子レーザを示しています外部、低圧参照セル28から 4.3ミクロンの蛍光シグナルのラムディップを利用bilizationシステム。この原稿は、遠赤外レーザーの排出量だけでなく、その波長を推定すると、正確にその頻度を決定する方法を検索するために使用されるプロセスの概要を説明します。三レーザーヘテロダイン技術に関する具体的なだけでなく、様々なコンポーネントやシステムの動作パラメータは参照4、25-27、29、および30と一緒に補足表Aに記載されています。

<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

遠赤外線の発生とその後の測定は、高分解能分光法、電波天文学、およびテラヘルツイメージングにおいて多くの用途を発見しました。約45年にわたって、コヒーレント、遠赤外線の発生は、光励起分子のレーザーを使用して達成されました。遠赤外線レーザー放射線が検出されると、これらのレーザ放射の周波数は三レーザーヘテロダイン技術を用いて測定されます。この技術では、光励起分子レーザから未知の周波数は、二つの安定化、赤外線基準周波数との差周波数で混合されます。これらの基準周波数は、それぞれが外部低圧基準セルからの蛍光信号を用いて安定化され、独立した二酸化炭素レーザによって生成されます。既知および未知のレーザ周波数間のビートが得られ、その出力仕様に観察される金属 - 絶縁体 - 金属点接触ダイオード検出器によって監視されますtrumアナライザ。これらのレーザ放射との間のビート周波数は、その後、未知の遠赤外線レーザ周波数を推定することが知られている基準周波数で測定され、組み合わされます。それらはしばしば高いのように、他の測定のための基準として使用されているように、この技術を用いて測定レーザ周波数の結果の1シグマ分数不確かさが10 7±5重量部である。正確に遠赤外線レーザ放射の周波数を決定することは重要ですレーザー磁気共鳴を用いたフリーラジカルの-resolution分光調査。この研究の一環として、ジフルオロメタン、CH 2 F 2は 、遠赤外線レーザ媒質として使用しました。全部で8つの遠赤外線レーザー周波数は0.359から1.273テラヘルツの範囲の周波数を有する第1の時間を測定しました。これらのレーザーの排出量のうちの3つは、この調査中に発見され、CO 2に対するそれらの最適運転圧力、偏光で報告されています</suB&gt;レーザー、強度をポンプ。

前述のように、遠赤外線レーザー放射のために報告された周波数は、CO 2基準レーザ線の少なくとも2つの異なるセットを実行少なくとも12回の測定の平均値である。使用した場合、表2は、235.5マイクロメートルのレーザ発光のために記録されたデータを概説します9、P 04、CO 2ポンプレーザ。この遠赤外線レーザー放射のために、ビート周波数の14の個々の測?...

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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.

遠赤外線レーザーの排出量とその周波数の測定を特徴付けます

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 ビュー.  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.

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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.

分子適合体とクラスターの空間的分離

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

工学

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.

測定と原子状水素と二原子分子のAlO、Cの分析<sub&gt; 2</sub&gt;、CN、およびTiOスペクトラ[次のレーザー誘起光学破壊

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.

メタン排出量の定量化のための設計とフルフローサンプリングシステムの利用（FFS）

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.

空気中の誘電体微粒子の光学トラップのロード

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.

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

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.

セルロース系紙の非接触共振キャビティ誘電分光研究の方法開発

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.

ポータブルdownToTenサンプリングシステムを使用した23ナノメートル以下の実数駆動粒子数排出量の測定

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 プリント - 3D プリント ペンのパーティクル放出の評価

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.

個人用保護具用高分子ナノコンポジット繊維の溶液ブロー紡糸

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.

低コスト、ファイバー結合、空隙ファブリペローエタロンの製造

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