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Neste Artigo

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Resumo

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.

Resumo

A geração e subsequente medição da radiação infravermelho distante tem encontrado inúmeras aplicações em espectroscopia de alta resolução, a radioastronomia, e Terahertz imagem. Para cerca de 45 anos, a geração de radiação coerente, longe do infravermelho foi realizada utilizando o laser bombeado opticamente molecular. Uma vez que a radiação laser infravermelho distante é detectado, as frequências destas emissões laser são medidos usando uma técnica heterodyne três laser. Com esta técnica, a frequência desconhecida do laser molecular de bombeamento óptico é misturado com a frequência diferença entre duas freqüências de referência, infravermelho estabilizados. Estas frequências de referência são gerados por lasers de dióxido de carbono independentes, cada estabilizado usando o sinal de fluorescência a partir de uma célula de referência externo, a baixa pressão. A batida resultante entre as freqüências de laser conhecidos e desconhecidos é monitorado por um ponto de contato detector de diodo metal-isolante-metal de cuja produção é observado em uma especificaçãoanalisador trum. A frequência de batimento entre essas emissões laser é posteriormente medidos e combinados com as frequências de referência conhecidos para extrapolar o desconhecido frequência do laser infravermelho distante. A incerteza fracionária resultante de um sigma de frequências de laser medidos com esta técnica é de ± 5 partes em 10 7. Precisão determina a frequência das emissões de laser infravermelho distante é crítica como eles são muitas vezes utilizados como referência para outras medições, como no alto investigações -resolução espectroscópicos de radicais livres usando ressonância magnética laser. Como parte desta investigação, difluorometano, CH2F 2, foi usado como o meio de laser infravermelho distante. Ao todo, oito freqüências de laser infravermelho distante foram medidos pela primeira vez com freqüências variando 0,359-1,273 THz. Três dessas emissões laser foram descobertos durante este inquérito e são relatados com a sua pressão de funcionamento óptimo, a polarização em relação ao CO 2

Introdução

A medição de freqüências de laser infravermelho distante foi realizada pela primeira vez por Hocker e colegas de trabalho em 1967. Eles mediram as frequências dos 311 e 337 mm emissões da descarga directa de laser cianeto de hidrogênio, misturando-os com harmônicos de alta ordem de um sinal de microondas em um díodo de silício 1. Para medir freqüências mais altas, uma cadeia de lasers e dispositivos de mistura harmônica foram usadas para gerar as harmônicas de laser 2. Eventualmente dois estabilizado dióxido de carbono (CO 2) lasers foram escolhidos para sintetizar a diferença necessária frequências 3,4. Hoje em dia, as frequências de laser infravermelho distante até 4 THz pode ser medido com esta técnica utilizando apenas a primeira harmónica da frequência diferença gerado pelos dois estabilizado lasers de CO 2 de referência. Aumento das emissões de laser de frequência, também pode ser medido usando a segunda harmónica, tal como as emissões de laser 9 THz do isotopólogos metanol CHD 2 OH e CH 3 18 OH 5,6 Ao longo dos anos., a medição precisa das frequências de laser tem impactado uma série de experimentos científicos 7,8 e permitiu a adopção de uma nova definição do metro pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em Paris em 1983. 9 - 11

Heteródina técnicas, tais como os descritos, têm sido extremamente benéfica na medição das frequências de laser infravermelho distante gerados por lasers moleculares bombeados opticamente. Desde a descoberta do laser bombeado opticamente molecular por Chang e Pontes 12, milhares de emissões de laser bombeado opticamente longe do infravermelho foram gerados com uma variedade de meios de laser. Por exemplo, dif luorometano (CH2F 2) e os seus isotopólogos gerar mais de 250 quando as emissões de laser bombeado opticamente por um laser de CO 2. Seus comprimentos de onda variam de cerca de 95,6 uM para 1714,1 13. - up> 15 Cerca de 75% dessas emissões de laser tiveram suas freqüências medida enquanto vários foram spectroscopically atribuído 16-18.

Estes lasers, e as suas frequências medidos com precisão, têm desempenhado um papel crucial no avanço da espectroscopia de alta resolução. Eles fornecem informações importantes para estudos espectrais de infravermelhos dos gases laser. Muitas vezes, essas freqüências laser são usados ​​para verificar a análise dos espectros de infravermelho e infravermelho distante, pois fornecem conexões entre os níveis estado vibracional excitado que muitas vezes são inacessíveis diretamente de espectros de absorção 19. Eles também servem como fonte de radiação primária para estudos que investigam transitórios, radicais livres de curta duração com a técnica de ressonância magnética de laser 20. Com esta técnica extremamente sensível, espectros Zeeman rotacional e ro-vibracional em átomos paramagnéticos, moléculas e íons moleculares podem ser recorded e analisado, juntamente com a capacidade para investigar as taxas de reacção utilizadas para criar esses radicais livres.

Neste trabalho, um laser bombeado opticamente molecular, mostrado na Figura 1, foi usado para gerar a radiação laser infravermelho distante de difluorometano. Este sistema é composto por uma onda contínua (CW) laser de CO 2 e uma bomba de cavidade do laser infravermelho distante. Um espelho interno para a cavidade do laser infravermelho distante redirecciona o CO 2 radiação laser através do tubo de cobre polido, submetendo-se vinte e seis reflexões antes de terminar na extremidade da cavidade, espalhando qualquer radiação bomba restante. Portanto, o meio laser infravermelho distante está animado usando uma geometria de bombeamento transversal. Para gerar a ação do laser, diversas variáveis ​​são ajustadas, alguns em simultâneo, e todos são, posteriormente, uma vez otimizado radiação laser é observado.

Nesta experiência, a radiação laser infravermelho distante é monitorizada por um metal-insulator-de metal (MIM) ponto de contato detector de diodo. O detector de díodo MIM foi usado para medições de frequência de laser desde 1969. 21-23 Em medições de frequência de laser, o detector de díodo MIM é um misturador harmónica entre duas ou mais fontes de radiação incidente sobre o diodo. O detector de diodo MIM consiste de um fio de tungstênio afiadas entrar em contato com uma base de níquel polido opticamente 24. A base de níquel tem uma fina camada de óxido que ocorre naturalmente que é a camada isolante.

Uma vez que foi detectada uma emissão de laser, seu comprimento de onda, polarização, força e pressão de operação otimizada foram registrados enquanto sua freqüência foi medida usando a técnica heterodyne de três a laser 25-27 seguindo o método descrito originalmente em Ref. 4. A Figura 2 mostra o laser bombeado opticamente molecular com dois cw lasers de CO 2 de referência adicionais STA tendo frequência independentebilização sistemas que utilizam o mergulho Cordeiro no sinal de fluorescência de 4,3 mm a partir de uma célula de referência de baixa pressão externa, 28. Este manuscrito descreve o processo usado para procurar por emissões de laser infravermelho distante, bem como o método para estimar seu comprimento de onda e em determinar com precisão a sua frequência. Detalhes sobre a técnica heteródino três laser, bem como os vários componentes e parâmetros de operação do sistema pode ser encontrada na Tabela Suplementar A, juntamente com as referências 4, 25-27, 29, e 30.

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Protocolo

1. Planejamento de Experimentos

  1. Realizar um levantamento da literatura para avaliar o trabalho prévio realizado utilizando o meio de laser de interesse, que para este experimento é CH 2 F 2. Identificar todas as emissões de laser conhecidos, juntamente com todas as informações sobre as linhas, como seu comprimento de onda e frequência. Várias pesquisas de emissões laser conhecidos estão disponíveis 13,31 - 37.
  2. Compilar todas as investigações espectroscópicos da molécula utilizada como meio de laser com foco em Fourier antes transformar 34 e optoacoustic estudos 38,39.

2. Emissões Geradoras Far-Infrared Laser

  1. Visão geral de segurança.
    1. Desenvolver um procedimento operacional padrão para o laboratório que inclui a proteção adequada para os olhos quando se trabalha com o sistemas de laser infravermelho distante CO 2 e.
  2. Alinhamento e calibração.
    1. Calibrar cada CO 2 laser usando um analisador de espectro grade à base concebido para o laser de CO 2 de acordo com o protocolo do fabricante.
    2. Alinhe os espelhos finais e espelho de acoplamento na cavidade do laser infravermelho distante usando um laser de He-Ne para que a sua radiação é focalizada no detector de diodo MIM.
    3. Dirigir a radiação do laser de CO 2 de bomba para dentro da cavidade do laser infravermelho distante através de uma janela de cloreto de sódio a um ângulo de aproximadamente 72o em relação ao eixo da cavidade.
    4. Orientar a radiação dos dois lasers CO 2 de referência seja para a célula de referência respectiva fluorescência de baixa pressão ou co-linearmente sobre o detector de diodo MIM usando divisores de feixe e espelhos adicionais.
  3. A detecção de radiação laser infravermelho distante.
    1. Polir a base de níquel cada vários dias usando um polonês de metal padrão.
    2. Crimp um fio de tungstênio de 25 um em um posto de cobre e dobre o fio no formações doção mostrado na Figura 3.
    3. Ajustar o comprimento do fio de modo que é entre 10 a 20 comprimentos de onda da radiação a ser medida.
    4. Electroquimicamente etch a ponta do fio numa solução saturada de hidróxido de sódio (NaOH) por aplicação de uma tensão (cerca de 3,5 a 5 VAC) à solução.
    5. Re-gravar a ponta com uma tensão baixa (menos de 1 VAC). Isto torna áspera a ponta do fio e melhora o desempenho do diodo.
    6. Lavar o fio com água destilada.
    7. Insira o cargo de cobre em habitação do diodo MIM uma vez que o fio está seca.
    8. Coloque o fio em contacto com a base de níquel utilizando um sistema de parafuso e nível fino. Contactos obtendo-se uma resistência através do diodo entre 100 e 500 Ω são tipicamente usados ​​quando a detecção e medição de radiação laser infravermelho distante.
  4. Geração de radiação laser infravermelho distante.
    1. Defina a laser da bomba CO 2 em um em específico a laserissão, por exemplo., 9 P 36.
    2. Gire o micrômetro sobre o laser de CO 2 bomba para trás e para atingir intensidade máxima no batente feixe.
    3. Ajuste a inclinação do gradeamento a bomba do laser de CO 2 para atingir intensidade máxima no batente feixe.
    4. Repita os passos 2.4.2 e 2.4.3 até que a potência de saída para o laser da bomba de CO 2 parece otimizado na parada feixe.
    5. Remover o batente de feixe a partir do caminho do laser de CO 2 da bomba.
    6. Ligue e alinhar o helicóptero óptica no caminho do feixe do laser da bomba CO 2.
    7. Abrir a válvula na CH2F cilindro 2 para introduzir o meio de laser infravermelho distante para dentro da cavidade do laser infravermelho distante.
    8. Ajustar a válvula de medição na linha de entrada até uma pressão de aproximadamente 10 Pa, é atingida.
      Nota: Apenas a pressão aproximada é necessário, uma vez que é utilizado como uma forma de sistematicamente digitalizar o laser infravermelho distante cavity.
    9. Definir a posição do acoplador de saída de tal modo que a sua ponta mais exterior é de cerca de 1 cm a partir do meio da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora da cavidade do laser.
      Nota: Apenas a localização aproximada é necessário, uma vez que é utilizado como uma forma de sistematicamente a digitalização da cavidade do laser infravermelho distante.
    10. Ajuste a posição do espelho do laser infravermelho distante móvel em aproximadamente 0,25 mm incrementos por rotação do micrômetro calibrado e para trás. Simultaneamente sintonizar a frequência do laser de CO 2 da bomba através da sua curva de ganho mudando a voltagem aplicada através do transdutor piezoeléctrico a bomba de laser de CO 2 (PZT).
    11. Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir o passo 2.4.10 com o acoplador de saída movido para a sua posição seguinte onde a ponta é de cerca de 1,5 cm a partir do meio da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora do laser cavidade.
    12. Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir o passo 2.4.10 com o acoplador de saída movido para a sua posição seguinte onde a ponta é de cerca de 2 cm do centro da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora do laser cavidade.
    13. Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir os passos através 2.4.9 2.4.12 com uma pressão de laser infravermelho distante de cerca de 19 Pa ajustado com a válvula de medição na linha de entrada.
    14. Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir os passos através 2.4.9 2.4.12 com uma pressão de laser infravermelho distante de cerca de 27 Pa ajustado com a válvula de medição na linha de entrada.
    15. Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, inserir o batente de feixe para o caminho do laser de CO 2 bomba e fechar a válvula no CH2F 2 do cilindro até que a pressão do laser infravermelho distante é de cerca de 0 Pa.
    16. Defina a bomba de CO 2laser para a próxima emissão do laser, por exemplo, 9 P 34, e otimizar a potência de saída usando as etapas 2.4.2 através de 2.4.4.
    17. Repita os passos 2.4.5 através de 2.4.16 até que todas as emissões geradas pelo laser bomba de CO2 são usados. Ao procurar por linhas de laser infravermelho distante, coloque um foco nas emissões de CO 2 a laser de bomba cujas frequências se sobrepõem a quaisquer regiões de absorção identificados na etapa 1.2.
  5. A caracterização das emissões de laser infravermelho distante.
    1. Simultaneamente ajustar a pressão do meio de laser de infravermelho distante, a tensão aplicada ao PZT a bomba de laser de CO 2, e a posição do acoplador de saída até que a potência de saída da emissão do laser de infravermelho distante é maximizada (determinada por um pico-a- máximo sinal de pico a partir do detector de díodo MIM como observado no mostrador do osciloscópio, semelhante à da Figura 4).
    2. Rode o micrómetro até a emissão do laser infravermelho distante é observado nao visor osciloscópio. Grave a posição do micrômetro.
    3. Rode o micrômetro por mais 20 modos correspondentes à mesma emissão laser infravermelho distante. Grave a posição do micrômetro.
    4. Subtraia a posição do micrômetro em passos 2.5.2 e 2.5.3. Esta diferença é dividida por 10 para obter o comprimento de onda da emissão do laser de infravermelho distante.
    5. Repetir passos 2.5.2 2.5.4 através de um total de cinco vezes e fazer a média do comprimento de onda da emissão do laser de infravermelho distante. Comprimentos de onda do laser médios obtidos percorrendo pelo menos 20 modos longitudinais adjacentes tem uma incerteza de um sigma de ± 0,5 mm.
    6. Medir a polarização da radiação laser infravermelho distante, em relação à radiação bomba de CO 2, utilizando um fio de ouro polarizador-grade (394 linhas / cm) ou um polarizador de Brewster.

3. Determinar Far-Infrared Laser Frequencies

  1. Identificaring as emissões de CO 2 de laser de referência.
    1. Calcule a frequência da emissão de laser infravermelho distante com base em seu comprimento de onda medido.
    2. Identificar conjuntos de linhas de laser de CO 2 de referência cuja diferença de frequência está dentro de vários GHz da freqüência calculado para a emissão do laser infravermelho distante 40. Uma lista típica usado para tais medições são apresentados na Tabela 1.
  2. Pesquisando para o sinal de batida heterodyne.
    1. Identificar o primeiro conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência e definir cada laser de CO 2 de referência sobre a respectiva emissão laser.
    2. Optimizar a potência de saída para cada laser referência CO 2, utilizando passos 2.4.2 e 2.4.4 através do medidor de energia do monitor.
      1. Ajustar uma íris, interna ou externa para cada laser de referência, de modo que a energia a partir de cada laser de CO 2 de referência é de aproximadamente 100 mW, conforme medido pelo medidor de energia do monitor mostrado naFigura 2.
    3. Bloquear a radiação do laser de CO 2 da bomba através de uma paragem do feixe de radiação, enquanto o desbloqueio dos lasers de referência CO 2.
    4. Ligar e alinhar o helicóptero óptica no caminho do feixe de co-linear dos lasers de referência CO 2.
    5. Optimizar a voltagem máxima de pico-a-pico cada CO 2 de referência de emissão de laser sobre o detector de díodo MIM usando vários espelhos, divisores de feixe, e uma lente plano-convexa com 2,54 cm de distância focal ZnSe, enquanto observando a saída no osciloscópio, semelhante à Figura 5 .
    6. Bloquear a radiação dos lasers CO 2 de referência, utilizando um feixe de parada enquanto desbloquear a radiação do laser da bomba CO 2.
    7. Re-optimizar o laser de CO 2 e a bomba a laser infravermelho distante, como necessário, de modo que a emissão de laser infravermelho distante tem uma tensão máxima de pico-a-pico como observado no osciloscópio.
    8. Desconecte tele MIM saída do detector de diodo do osciloscópio e conectá-lo a um amplificador, cuja produção é observado em um analisador de espectro.
    9. Desbloquear a radiação de referência os lasers de CO2.
    10. Remova os helicópteros ópticos modulando o CO 2 bombas e lasers de referência.
    11. Defina o analisador de espectro em um período de 40 MHz e procurar o sinal de batida em incrementos de 1,5 GHz, digitalizando manualmente esta faixa de freqüência utilizando o botão de ajuste do analisador de espectro.
    12. Se nenhum sinal de batida é observado, desligue a saída do diodo MIM do amplificador e conecte-o ao osciloscópio.
    13. Bloquear a radiação dos lasers de referência CO 2 e reinsira o helicóptero óptica no caminho do laser da bomba CO 2.
    14. Repita os passos através 3.2.2 3.2.13 conforme necessário até que o analisador de espectro tem sido usado para procurar o sinal de batimento entre 0 e 12 GHz.
    15. Se nenhum sinal de batida é observado, repeem etapas 3.2.2 através de 3.2.14 com um outro conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência até que o sinal de batimento é observado ou todos os conjuntos possíveis de linhas de laser de CO 2 de referência estão esgotados.
  3. Estabilizar as freqüências de referência de CO 2.
    1. Aplicar uma voltagem entre 0 e 900 V para o PZT do primeiro laser de referência de CO 2, de modo que o sinal do seu respectivo célula de referência de fluorescência está no centro do mergulho Cordeiro, ilustrado na Figura 6 e como vista num osciloscópio como na Figura 7.
    2. Activa a tensão de retorno aplicada a PZT do primeiro laser de CO 2 de referência usando um amplificador / servo construído sob encomenda lock-in, de modo que ele permanece bloqueado para o centro do mergulho do cordeiro.
    3. Repita os passos 3.3.1 e 3.3.2 para o segundo laser de CO 2 de referência.
    4. Visualmente monitorar a saída do pré-amplificador num osciloscópio, como na Figura 7, a PTCertifique-se os lasers de referência permanece bloqueado.
  4. A medição da freqüência de batimento.
    1. Centrar o sinal de batimento no visor analisador de espectro e ajustar a sua amplitude para maximizar o seu tamanho no visor.
    2. Defina o analisador de espectro para ver dois traços simultâneas do sinal de batimento, como na Figura 8, selecionando o recurso Write claro para ambos Traço 1 e 2. Seguir Um traço irá exibir o sinal instantâneo enquanto o outro vai gravar o sinal máximo (usando uma funcionalidade de espera Max no analisador de espectro para o segundo traço).
    3. Gire o micrômetro na cavidade do laser infravermelho distante e para trás em toda a curva de ganho para um determinado modo de cavidade.
    4. Use o recurso Vista no analisador de espectro para congelar a segunda (Max Hold) trace uma vez um padrão simétrico é obtido.
    5. Ligeiramente girar a micrómetro para diminuir o comprimento da cavidade do laser infravermelho distante. Simultaneamente observar os subsequent pequena mudança na frequência de batimento no analisador de espectro devido a este ligeiro aumento da frequência do laser infravermelho distante.
    6. Coloque marcadores na largura total, a metade pontos máximos do padrão simétrico (trace Max espera), utilizando a função de marcador com o recurso Delta no analisador de espectro.
    7. Medir a frequência central do sinal de batida usando o recurso Span Pair no analisador de espectro.
    8. Repita os passos 3.4.1 através de 3.4.7.
    9. Desengatar o bloqueio no amplificador / servo para cada laser de CO 2 de referência para desbloquear cada laser a partir da sua frequência central e re-otimizar cada laser referência CO 2.
    10. Re-travar os lasers de referência usando as etapas 3.3.1 através de 3.3.4.
    11. Repita os passos através 3.4.1 3.4.10 para um total de 6 medições. Uma vez completo, desbloquear cada laser de CO 2 de referência a partir da sua frequência central.
    12. Calcular a freqüência revista da emissão laser infravermelho distante com estes batida frefre- obter uma previsão precisa para o segundo conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência.
    13. Identificar um conjunto diferente de CO 2 linhas de laser de referência cuja diferença de frequência está dentro de vários GHz da freqüência calculado para a emissão do laser infravermelho distante.
    14. Otimizar o próximo conjunto de CO 2 linhas de laser de referência no detector de diodo MIM e obter o sinal de batida usando as etapas 3.2.2 através de 3.2.15, conforme necessário.
    15. Bloquear o novo conjunto de CO 2 linhas de laser de referência usando as etapas 3.3.1 através de 3.3.4.
    16. Repita os passos através 3.4.1 3.4.10 para um total de 6 medições. Uma vez completo, desbloquear cada laser de CO 2 de referência a partir da sua frequência central.
    17. Inserir feixe pára nos caminhos dos CO 2 bombas e lasers de referência.
  5. Cálculo da frequência do laser infravermelho distante.
    1. Calcule o desconhecido frequência do laser infravermelho distante, ν FIR, usando a ser medidoa frequência através da relação
      FIR = | vmax CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | batida ν | Eq. 1
      onde | vmax CO2 (I) -ν CO2 (II) | é a magnitude da diferença de frequência sintetizados pelos dois lasers de CO 2 e de referência | batida vmax | é a magnitude da freqüência de batimento. O sinal ± na Eq. 1 é determinada experimentalmente a partir do passo 3.4.5.
    2. Obter uma frequência média e calcular oincerteza.

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Resultados

Como mencionado, a frequência descrita uma emissão laser infravermelho distante é uma média de, pelo menos, doze medições realizadas com, pelo menos, dois conjuntos diferentes de CO linhas de laser 2 de referência. A Tabela 2 resume os dados gravados para a emissão de 235,5 pM de laser quando se utiliza o 9 P 04 laser de CO 2 bomba. Para esta emissão de laser infravermelho distante, foram registrados quatorze medições individuais da frequência de batimento. O p...

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Discussão

Há vários passos críticos no âmbito do protocolo que é necessário um debate adicional. Quando se mede o comprimento de onda do infravermelho distante, tal como descrito no passo 2.5.3, é importante para assegurar o mesmo modo da emissão do laser de infravermelho distante está a ser utilizado. Vários modos de um comprimento de onda de laser de infravermelho distante (isto é, 00 TEM, TEM 01, etc.) pode ser gerado dentro da cavidade do laser e, assim, é importante identificar os m...

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Divulgações

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.

Agradecimentos

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

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Materiais

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.

Referências

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