JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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.

Özet

Üretim ve uzak kızılötesi radyasyon sonraki ölçümü yüksek çözünürlüklü spektroskopisi, radyo astronomi ve Terahertz görüntüleme sayısız uygulamaları bulmuştur. Yaklaşık 45 yıldır, tutarlı, uzak kızılötesi radyasyon nesil optik pompalanan moleküler lazer kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Uzak kızılötesi lazer ışınımı tespit edildiğinde, bu lazer emisyonları frekansları üç lazer heterodyne tekniği kullanılarak ölçülür. Bu teknik ile, optik olarak pompalanır molekül lazer bilinmeyen frekansı iki stabilize kızılötesi referans frekansları arasındaki fark frekansı ile karıştırılır. Bu referans frekansları bağımsız karbondioksit lazerler tarafından oluşturulan, her biri bir harici, düşük basınçlı referans hücresinden floresan sinyali kullanılarak stabilize. Bilinen ve bilinmeyen lazer frekansları arasında ortaya çıkan yendi olan çıkış spec gözlenen bir metal-yalıtkan-metal nokta temaslı diyot dedektör tarafından izlenirSpektrum analizör. Bu lazer emisyonları arasındaki yendi frekans sonradan ölçülen ve bilinmeyen uzak kızılötesi lazer frekansını hesaplamak için bilinen referans frekansları ile birleştirilir. Bu teknik ile ölçülür lazer frekansları için elde edilen bir sigma fraksiyonel belirsizlik Doğru uzak kızılötesi lazer emisyonları sıklığını belirlemek., 10 7 ± 5 parçalar genellikle diğer ölçümler için referans olarak kullanıldığı gibi, yüksek olduğu gibi, kritik Lazer manyetik rezonans kullanılarak serbest radikallerin -resolution spektroskopik incelemeleri. Bu araştırma, diflormetan, CH2F 2 bir parçası olarak, uzak-kızıl ötesi lazer ortamı olarak kullanılmıştır. Bütün sekiz uzak kızılötesi lazer frekansları 0.359 den 1,273 THz kadar frekansları ile ilk kez ölçüldü. Bu lazer emisyonu Üç Bu soruşturma sırasında keşfedilen ve CO 2 ile ilgili optimal çalışma basıncı, kutuplaşma ile raporlanır

Giriş

Uzak kızılötesi lazer frekans ölçümü ilk hocker tarafından gerçekleştirilen ve 1967 yılında ortak çalışanlar Onlar mikrodalga sinyalinin yüksek mertebeden harmonik ile karıştırılarak direkt deşarj hidrojen siyanür lazerden 311 ve 337 mikron emisyonları için frekansları ölçüldü bir silikon diyot 1. Yüksek frekansları ölçmek için, lazer ve harmonik karıştırma cihazları bir zincir lazer harmonikler 2 üretilmesi için kullanılmıştır. Sonunda, iki lazer gerekli farkı 3,4 frekansları sentezlenmesi için seçildi (CO2), karbon dioksit stabilize. Bugün 4 THz kadar uzak kızılötesi lazer frekansları iki tarafından üretilen fark frekansı yalnızca ilk harmonik kullanarak bu teknik ile ölçülebilir CO 2 referans lazerler stabilize. Daha yüksek frekans lazer emisyonları, aynı zamanda, örneğin metanol izotopologlarının KKH 2 9 THz lazer emisyonu gibi, ikinci harmonik kullanılarak ölçülebilmektedir OH ve CH 3 18 OH. Yıllar boyunca 5,6, lazer frekansları doğru ölçüm bilimsel deneyler 7,8 bir dizi etkiledi ve Paris'te Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı tarafından metrelik yeni bir tanımının kabulü izin verdi 1983. 9-11

Anlatılanlar gibi Heterodin teknikleri, optik olarak pompalanır molekül lazerler tarafından oluşturulan uzak kızılötesi lazer frekansları ölçümünde son derece faydalı olmuştur. Chang ve Bridges 12 optik pompalanan moleküler lazer keşfinden beri, optik binlerce uzak kızılötesi lazer emisyonları lazer medyanın çeşitli oluşturulacak olan pompalanır. Optik bir CO2 lazerle pompalanır Örneğin, diflorometan (CH2F 2) ve bunun izotopologlarının 250 üzerinden lazer emisyonu üretir. . Onların dalga boyları yaklaşık 95.6 1714.1 um 13 arasında değişmektedir - 18 -> 15 kadar bu lazer emisyonlarının yaklaşık% 75'i birkaç spektroskopik 16 atanmış ise kendi frekansları ölçülmüş oldu.

Bu lazerler, ve bunların doğru ölçülen frekanslar, yüksek çözünürlüklü spektroskopi ilerlemesinde önemli bir rol oynamıştır. Onlar lazer gazların kızılötesi spektral çalışmalar için önemli bilgiler sağlar. Genellikle bu lazer frekansları genellikle absorpsiyon spektrumları 19 doğrudan erişilemez heyecanlı titreşim devlet kademeleri arasındaki bağlantıları sağlar, çünkü kızılötesi ve uzak kızılötesi spektrumu analizi doğrulamak için kullanılır. Onlar da lazer manyetik rezonans tekniği ile 20 geçici, kısa ömürlü serbest radikalleri araştıran çalışmalar için birincil radyasyon kaynağı olarak hizmet vermektedir. Bu son derece hassas bir teknikle, paramanyetik atomların, moleküllerin dönme ve Ro-titreşim Zeeman spektrumları ve moleküler iyonlar olabilir r ileecorded bu serbest radikaller oluşturmak için kullanılan reaksiyon, fiyat araştırma yeteneği ile birlikte incelenmiştir.

Şekil 1 'de gösterilen, bu çalışma, bir optik olarak pompalanır molekül lazer olarak, difluorometan, uzak-kızıl ötesi lazer radyasyonu oluşturmak için kullanılmıştır. Bu sistem, bir sürekli dalga (CW) CO2 lazer pompası ve uzak kızılötesi lazer boşluğunun oluşur. Uzak kızılötesi lazer boşluğuna iç ayna, boşluğun sonunda sona eren kalan pompa radyasyon saçılma önce yirmialtı yansımaları geçiyor, cilalı bakır boru aşağı CO 2 lazer radyasyonu yönlendirir. Bu nedenle, uzak kızılötesi lazer ortamı enine pompalama geometri kullanılarak heyecanlı. Lazer eylemi oluşturmak için çeşitli değişkenler bazı aynı anda ayarlanır, ve lazer radyasyonu görülmektedir kez tüm sonradan optimize edilmiştir.

Bu deneyde, uzak kızılötesi lazer radyasyonu, bir metal-insu ile izlenirlator metal (MIM) nokta temaslı diyot dedektör. MIM diyot dedektör 1969'dan beri 21 lazer frekans ölçümleri için kullanılır olmuştur - lazer frekans ölçümleri ise 23, MIM diyot dedektör diyot iki veya daha fazla radyasyon kaynakları olayla arasındaki harmonik karıştırıcıdır. MİM diyot detektör, bir optik, parlak nikel tabanı 24 temas eden bir keskinleştirilmiş tungsten telden oluşur. Nikel bazlı yalıtım tabakası olan bir doğal olarak meydana gelen ince bir oksit tabakası vardır.

Başlangıçta Referans tarif edilen metot ile 27 - bir lazer emisyonu tespit edildi sonra frekans üç lazer heterodin tekniği 25 kullanılarak ölçülmüştür ise, Dalgaboyu, polarizasyon, gücü ve optimum çalışma basıncı kaydedilmiştir. 4. Şekil 2 iki ek cw CO 2 referans lazerler bağımsız frekans sta sahip optik pompalanan moleküler lazer gösterirHarici, düşük basınçlı referans hücresinden 28 4.3 mikron floresan sinyalinde Kuzu daldırma kullanan bilization sistemleri. Bu yazının uzak kızılötesi lazer emisyonları yanı sıra kendi dalga boyunu tahmin ve doğru kendi sıklığını belirlemede yönteme aramak için kullanılan işlem özetlenmektedir. Üç lazer heterodin tekniği ile ilgili Özellikleri yanı sıra, çeşitli bileşenler ve sistemin çalışma parametreleri referans 4, 25-27, 29, ve 30 ile birlikte Ek Tablo A'da bulunabilir.

Protokol

Deney 1. Planlama

  1. Bu deney için F 2 CH 2 faiz lazer ortamı kullanılarak yapılan öncesinde çalışmalarını değerlendirmek için edebiyat bir araştırma yapmak. Gibi onların dalga boyu ve frekans olarak çizgileri hakkında tüm bilgilerle birlikte bilinen tüm lazer emisyonlarını belirleyin. 37 - Bilinen lazer emisyonları çeşitli araştırmalar 13,31 mevcuttur.
  2. Önceki Fourier odaklanarak lazer aracı olarak kullanılan molekülün tüm spektroskopik incelemeler 34 ve optoacoustic çalışmalar 38,39 dönüşümü derleyin.

2. Yaratma Uzak Kızılötesi Lazer Emisyonları

  1. Emniyet Genel.
    1. CO 2 ve uzak kızılötesi lazer sistemleri ile çalışırken uygun göz koruması içeren laboratuvar için bir standart işletim prosedürü geliştirin.
  2. Hizalama ve Kalibrasyon.
    1. Her CO 2 l kalibreaser üreticinin protokolüne uygun olarak CO2 lazer için tasarlanmış bir ızgara tabanlı spektrum analiz cihazı kullanılmıştır.
    2. Son aynalar ve radyasyon MIM diyot dedektör üzerine odaklanmış, böylece bir He-Ne lazer kullanılarak uzak kızılötesi lazer boşluğunda bağlama ayna hizalayın.
    3. Boşluğu eksenine göre yaklaşık 72 O 'lik bir açıda, bir sodyum klorür pencereden uzak kızılötesi lazer boşluğuna CO2 lazer pompası radyasyonu yönlendirmek.
    4. Kiriş bölücülerin ve ek aynalar kullanarak MIM diyot dedektör üzerine kendi alçak basınç floresan referans hücre veya eş-doğrusal ya iki CO 2 referans lazerler radyasyon yönlendirin.
  3. Uzak kızılötesi lazer radyasyonun algılanması.
    1. Standart bir metal cila kullanarak her birkaç gün Nikel tabanı Lehçe.
    2. Bakır sonrası içine 25 mikron tungsten tel kıvırın ve Yapılandr içine tel bükmekation Şekil 3'te gösterilen.
    3. Bu radyasyon 10 ila 20 dalga boyları ölçülen arasında olacak şekilde telin uzunluğunu ayarlayın.
    4. Elektrokimyasal çözeltiye bir voltaj (5 VAC yaklaşık 3.5) uygulanarak doymuş bir sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi içinde tel ucu etch.
    5. Yeniden etch bir düşük voltaj (az 1 VAC) ile ucu. Bu telin ucu pürüzlü ve diyodun performansını artırır.
    6. Damıtılmış su ile tel durulayın.
    7. Tel kuruduktan sonra MIM diyodun yuvaya bakır direkte yerleştirin.
    8. Ince bir vida ve seviye sistemi kullanılarak Nikel tabanı ile temas teli yerleştirin. Tespit ve uzak-kızıl ötesi lazer radyasyonu ölçerken, 100 ve 500 Ω arasındaki diyot boyunca bir direnç elde İletişim tipik olarak kullanılır.
  4. Uzak kızılötesi lazer radyasyonu Üretimi.
    1. Belirli bir lazer em CO 2 lazer pompası ayarlayınission, örneğin., 9 P 36.
    2. Kiriş durağı maksimum yoğunluğu elde etmek için ileri geri CO 2 pompa lazer mikrometre düğmesini çevirin.
    3. Kiriş durağı maksimum yoğunluğu elde etmek için CO 2 pompa lazerin ızgaranın eğimini ayarlayın.
    4. CO 2 pompa lazer çıkış gücü ışın durağı optimize görünene kadar tekrarlayın 2.4.2 ve 2.4.3 numaralı adımları.
    5. CO 2 pompa lazer yolundan ışın durdurmak çıkarın.
    6. Açın ve CO 2 pompa lazer ışın yoluna optik helikopter hizalayın.
    7. Uzak kızılötesi lazer boşluğuna uzak kızılötesi lazer ortamı tanıtmak için CH 2 F 2 silindir üzerindeki valfi açın.
    8. Pa elde edilir, yaklaşık 10 bir basınca kadar giriş hattı üzerindeki ölçüm valfini ayarlayın.
      Not: sistematik uzak kızılötesi lazer c tarayarak bir yolu olarak kullanılan bu yana sadece yaklaşık basınç gereklidiravity.
    9. Çıkış bağlayıcının konumunu belirler, öyle ki en dış ucu bir lazer boşluğunun dış kalibre edilmiş bir skala ile gösterildiği gibi, lazer boşluğunun orta yaklaşık 1 cm'dir.
      Not: sistematik uzak kızılötesi lazer boşluğu tarayarak bir yolu olarak kullanılan bu yana sadece yaklaşık yeri gereklidir.
    10. Ileri geri kalibre mikrometre ayar düğmesi çevrilerek yaklaşık 0,25 mm aralıklarla hareketli uzak kızılötesi lazer ayna konumunu ayarlayın. Aynı anda ayar CO 2 pompa lazerin piezoelektrik transdüser (PZT) genelinde uygulanan gerilimi değiştirerek kendi kazanç eğrisi sayesinde CO2 lazer pompası sıklığı.
    11. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, çıkış bağlayıcı ile adım 2.4.10 ucu lazer dışında bir kalibre ölçekte gösterdiği gibi, lazer boşluğunun ortasında yaklaşık 1.5 cm olduğu bir sonraki pozisyona hareket tekrar oyuk.
    12. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, çıkış bağlayıcı ile adım 2.4.10 ucu lazer dışında bir kalibre ölçekte gösterdiği gibi, lazer boşluğunun ortasında yaklaşık 2 cm olduğu bir sonraki pozisyona hareket tekrar kavite.
    13. Sinyal osiloskop ekranında görülürse giriş hattında ölçüm vanası ile düzeltilmiş, tekrar yaklaşık 19 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı 2.4.12 ile 2.4.9 yineleyin.
    14. Sinyal osiloskop ekranında görülürse giriş hattında ölçüm vanası ile düzeltilmiş, tekrar yaklaşık 27 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı 2.4.12 ile 2.4.9 yineleyin.
    15. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, CO 2 pompa lazer yoluna ışın durak eklemek ve yaklaşık 0 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı kadar CH 2 F 2 silindir üzerinde vanasını kapatın.
    16. CO 2 pompası ayarlayınBir sonraki lazer emisyonu lazer, örneğin, 9 P 34, ve 2.4.4 arasındaki adımları 2.4.2 kullanarak çıkış gücünü optimize eder.
    17. CO 2 pompa lazer tarafından oluşturulan tüm emisyon kullanılmaktadır yineleyerek 2.4.16 ile 2.4.5 yineleyin. Uzak kızılötesi lazer hatları ararken, frekanslar adım 1.2'de tanımlanan herhangi bir emilim bölgeleri ile üst üste CO 2 lazer pompası emisyonları üzerinde bir odak koyun.
  5. Uzak kızılötesi lazer emisyonlarını Karakterizasyonu.
    1. Uzak kızılötesi lazer bir emisyon çıkış gücü maksimize kadar aynı anda uzak kızılötesi lazer ortamının basıncı, CO 2 pompa lazerin PZT uygulanan gerilim ve çıkış coupler konumunu ayarlamak (maksimum tepe sı ile belirlenir Şekil 4'e benzer osiloskop üzerine görüldüğü gibi, MİM diod detektörü pik sinyali).
    2. Uzak kızılötesi lazer emisyon gözlenen kadar komparatör saat yönünde çevirinosiloskop ekran. Komparatör konumunu kaydedin.
    3. Aynı uzak kızılötesi lazer emisyonuna karşılık ek bir 20 modları için komparatör saat yönünde çevirin. Komparatör konumunu kaydedin.
    4. Adımlarla 2.5.2 ve 2.5.3 komparatör konumunu çıkarın. Uzak kızılötesi lazer emisyon dalga boyu elde etmek için 10 ile bu farkı bölün.
    5. 2.5.4 arasındaki adımları beş kez toplam 2.5.2 Tekrar ve uzak kızılötesi lazer ışınımının dalga boyu ortalama. En az 20 bitişik uzunlamasına modları geçme ile ölçülen ortalama lazer dalgaboyları ± 0.5 um bir sigma belirsizlik vardır.
    6. Bir altın tel-ızgara polarize (394 satır / cm) veya Brewster polarize kullanarak, CO 2 pompa radyasyona göreli uzak kızılötesi lazer ışınımının kutuplaşmayı, ölçün.

3. Uzak Kızılötesi Lazer Frekanslar Belirlenmesi

  1. BelirlemekCO 2 referans lazer emisyonlarını ing.
    1. Onun ölçülen dalga dayalı uzak kızılötesi lazer ışınımının frekansı hesaplayın.
    2. Frekans farkı uzak kızılötesi lazer emisyon 40 hesaplanan frekans birkaç GHz içinde CO 2 referans lazer hatları setleri tanımlayın. Bu tür ölçümler için kullanılan tipik bir listesi Tablo 1 'de gösterilmiştir.
  2. Heterodyne yendi sinyali aranıyor.
    1. CO 2 referans lazer çizgilerinin ilk seti belirlenmesi ve kendi lazer emisyonu her CO 2 referans lazer ayarlayın.
    2. Adımları 2.4.4 ile 2.4.2 ve monitör güç ölçer kullanılarak her CO 2 referans lazer çıkış gücünü optimize edin.
      1. Gösterilen monitör güç ölçer ile ölçülen her CO 2 referans lazer güç yaklaşık mW 100 olduğunu, böylece dahili veya her referans lazer harici ya bir iris ayarlamaŞekil 2.
    3. CO 2 referans lazerler radyasyon engeli kaldırma sırasında ışın durağı kullanarak CO 2 pompa lazer radyasyonu engelleme.
    4. Açın ve CO 2 referans lazerler co-lineer ışın yoluna optik helikopter hizalayın.
    5. Osiloskop çıktı gözlemleyerek, benzer Şekil 5'e ise maksimum pik-tepe gerilimi için çeşitli aynalar, kiriş bölücülerin kullanarak MIM diyot dedektör üzerinde her CO 2 emisyonu referans lazer ve 2.54 cm odak uzaklığı ZnSe dışbükey merceği Optimize .
    6. CO 2 pompa lazer radyasyonu engeli kaldırma sırasında ışın durağı kullanarak CO 2 referans lazerler radyasyon engelleyin.
    7. Yeniden optimize uzak kızılötesi lazer emisyon osiloskop görüldüğü gibi maksimum tepe-tepe gerilim vardır, böylece gerekli CO 2 lazer pompası ve uzak kızılötesi lazer.
    8. Bağlantıyı kes tO osiloskoptan diyot dedektör çıkış MIM ve kimin çıktı bir spektrum analizör üzerinde gözlenen bir amplifikatör bağlayın.
    9. CO 2 referans lazerler radyasyon engelini kaldırmak.
    10. CO 2 pompa ve referans lazerler modüle optik helikopterlere çıkarın.
    11. 40 MHz yayılma üzerinde spektrum analizi ayarlayın ve manuel spektrum analizörü ayar düğmesini kullanarak bu frekans aralığını tarayarak 1.5 GHz artışlarla yendi sinyali arayın.
    12. Hiçbir yendi sinyali görülürse, amplifikatör gelen MIM diyodun çıkışını kesmek ve osiloskop bağlayın.
    13. CO 2 referans lazerler radyasyonu engellemek ve CO 2 pompa lazer yoluna optik helikopteri yeniden takın.
    14. Spektrum analizörü 0 ile 12 GHz arasındaki yendi sinyali aramak için kullanılır olmuştur yineleyerek gerekli 3.2.13 ile 3.2.2 yineleyin.
    15. Hiçbir yendi sinyali görülürse, repeyendi sinyali gözlenen veya CO 2 referans lazer çizgileri tüm olası kümeleri, ya kadar CO 2 referans lazer çizgileri başka bir dizi ile 3.2.14 adımda 3.2.2 de bitmiştir.
  3. CO 2 referans frekansları Dengeleyici.
    1. Kendi ilgili floresan referans hücresinden sinyal Şekil 6'da gösterilen Kuzu dip merkezinde, ve böylece ilk CO 2 referans lazerin PZT V 0 ile 900 bir gerilim uygulayın Şekil 7'de olduğu gibi bir osiloskop üzerinde görüldüğü gibi.
    2. O Kuzu dip merkezine kilitli kalır, böylece özel inşa kilit-/ servo amplifikatör kullanarak ilk CO 2 referans lazerin PZT uygulanan geribesleme gerilimi etkinleştirin.
    3. Tekrarlayın 3.3.1 ve ikinci CO 2 referans lazer için 3.3.2 yineleyin.
    4. Görme tr, Şekil 7'de olduğu gibi, bir osiloskop üzerinde pre-amp çıkışını izlemekEmin referans lazerler kilitli kalır.
  4. Yendi frekansının ölçülmesi.
    1. Spektrum analizör ekranda yendi sinyalini ortalayın ve ekrandaki boyutunu maksimize etmek olan genlik ayarlayın.
    2. Kullanarak (her ikisi Trace 1 için açık Yazma özelliğini seçerek, Şekil 8'de olduğu gibi yendi sinyalinin iki eşzamanlı izlerini görüntülemek için spektrum analizörü ayarlayın ve diğer maksimum sinyal kaydedebilirsiniz ise anlık sinyal gösterecektir 2. One iz sürebilirsiniz İkinci iz için spektrum analizörü üzerinde Max Hold özelliği).
    3. Belirli bir oyuk modu için ileri ve geri kazanım eğrisi boyunca uzak kızılötesi lazer boşluğuna üzerinde mikrometre düğmesini çevirin.
    4. Simetrik desen elde edilir kez ikinci (Maks Tut) iz dondurmak için spektrum analizör görüntüleme özelliğini kullanın.
    5. Biraz uzak kızılötesi lazer boşluğunun uzunluğunu azaltmak için komparatör saat yönünde çevirin. Aynı anda subs gözlemlemeknedeniyle uzak kızılötesi lazer sıklığı bu hafif artış spektrum analizörü yendi frekansında küçük kayma equent.
    6. Spektrum analizi Delta özelliği ile Marker fonksiyonunu kullanarak simetrik desen (Maks Tut iz) yarısı maksimum noktalarında tam genişlikte işaretçileri yerleştirin.
    7. Spektrum analizör üzerinde Dizisi Çifti özelliğini kullanarak yendi sinyalinin merkez frekansını ölçün.
    8. Tekrarlayın 3.4.7 ile 3.4.1 numaralı adımları.
    9. Merkez frekansından her lazer kilidini ve her CO 2 referans lazer yeniden optimize etmek her CO 2 referans lazer / servo amplifikatörü kilidi ayırın.
    10. 3.3.4 adımları 3.3.1 kullanarak referans lazerler yeniden kilitleyin.
    11. Tekrar 6 ölçümün toplam 3.4.10 ile 3.4.1 adımları tekrarlayın. Tamamlandığında, merkez frekansından her CO 2 referans lazer kilidini.
    12. Bu yendi frekansları kullanan uzak kızılötesi lazer ışınımının revize frekansını hesaplayınızları, CO 2 referans lazer çizgilerinin ikinci set için doğru bir tahmin elde etmek.
    13. Frekans farkı uzak kızılötesi lazer emisyonu için hesaplanan frekans birkaç GHz içinde CO 2 referans lazer çizgileri farklı bir dizi tanımlayın.
    14. MIM diyot dedektör CO 2 referans lazer çizgilerinin sonraki seti optimize etmek ve gerekli 3.2.15 adımları 3.2.2 kullanarak yendi sinyal elde.
    15. 3.3.4 adımları 3.3.1 kullanarak CO 2 referans lazer çizgilerinin yeni bir dizi kilitleyin.
    16. Tekrar 6 ölçümün toplam 3.4.10 ile 3.4.1 adımları tekrarlayın. Tamamlandığında, merkez frekansından her CO 2 referans lazer kilidini.
    17. Ekle ışın CO 2 pompa ve referans lazer yolları içine durur.
  5. Uzak kızılötesi lazer frekansı hesaplanması.
    1. Olmak ölçülen kullanarak, FIR ν, bilinmeyen uzak kızılötesi lazer frekansını hesaplayınızilişki yoluyla frekansta
      FIR = | demeti tarafından CO2 (I) 'in -ν CO2 (II) | ± | ν yendi | Denk. 1
      burada | demeti tarafından CO2 (I) 'in -ν CO2 (II) | ν yendi | | iki CO2 referans lazerler ve tarafından sentezlenen fark frekans büyüklüğüdür yendi frekans büyüklüğüdür. Denklem ± işaret. 1 Aşama 3.4.5 deneysel olarak tespit edilir.
    2. Ortalama bir frekans elde edilir ve hesaplamakbelirsizlik.

Sonuçlar

Bahsedildiği gibi, bir uzak kızılötesi lazer emisyonu için bildirilen frekans CO2 referans laser hatlardan en az iki farklı setleri ile gerçekleştirilen en az on iki ölçümün bir ortalamasıdır. Tablo 2 kullanıldığında 235,5 um lazer emisyonu için kaydedilen veriler özetlenmektedir 9 P 04 CO 2 lazer pompası. Bu uzak kızılötesi lazer emisyonu için yendi frekans ondört bireysel ölçümler kaydedildi. 9 R 10 ve 9 P 38 CO 2...

Tartışmalar

Bazı ek tartışma gerektiren protokolü içinde birkaç kritik adımlar vardır. Uzak kızılötesi lazer dalga boyu ölçerken adım 2.5.3 de belirtildiği gibi, bu kullanılıyor uzak kızılötesi lazer ışınımının aynı modunu sağlamak için önemlidir. Bir uzak kızılötesi lazer dalga boyu birden fazla modu (örneğin, TEM 00, vb TEM 01) lazer kavitesi içinde oluşturulabilir ve böylece uygun olarak boşluğa yakın modları dalga boyu 13,29 ölçmek ...

Açıklamalar

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.

Teşekkürler

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

Malzemeler

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.

Referanslar

  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).
  4. Petersen, F. R., et al. Far infrared frequency synthesis with stabilized CO2 lasers: Accurate measurements of the water vapor and methyl alcohol laser frequencies. IEEE J. Quantum Elect. 11 (10), 838-843 (1975).
  5. Uranga, C., Connell, C., Borstad, G. M., Zink, L. R., Jackson, M. Discovery and frequency measurement of short-wavelength far-infrared laser emissions from optically pumped 13CD3OH and CHD2OH. Appl. Phys. B. 88 (4), 503-505 (2007).
  6. Jackson, M., Milne, J. A., Zink, L. R. Measurement of optically pumped CH318OH laser frequencies between 3 and 9 THz. IEEE J. Quantum Elect. 47 (3), 386-389 (2011).
  7. Evenson, K. M., et al. Optically pumped FIR lasers: Frequency and power measurements and laser magnetic resonance spectroscopy. IEEE J. Quantum Elect. 13 (6), 442-444 (1977).
  8. Evenson, K. M., Jennings, D. A., Petersen, F. R. Tunable far-infrared spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 44 (6), 576-577 (1984).
  9. Evenson, K. M., et al. Speed of light from direct frequency and wavelength measurements of the methane-stabilized laser. Phys. Rev. Lett. 29 (19), 1346-1349 (1972).
  10. BIPM. . Resolution 1. , 97-98 (1983).
  11. Giacomo, P. News from the BIPM. Metrol. 20 (1), 25-30 (1984).
  12. Chang, T. Y., Bridges, T. J. Laser action at 452, 496 and 541 µm in optically pumped CH3F. Opt. Commun. 1 (9), 423-426 (1970).
  13. Douglas, N. G., Walter, H. . Millimetre and Submillimetre Wavelength Lasers: A Handbook of CW Measurements. 61, (1989).
  14. Zerbetto, S. C., Vasconcellos, E. C. C., Zink, L. R., Evenson, K. M. 12CH2F2 and 13CH2F2 far-infrared lasers: New lines and frequency measurements. Int. J. Infrared Millim. Waves. 18 (12), 2301-2306 (1997).
  15. Jackson, M., Alves, H., Holman, R., Minton, R., Zink, L. R. New cw optically pumped far-infrared laser emissions generated with a transverse or ‘zig-zag’ pumping geometry. J. Infrared, Millim., Terahertz Waves. 35 (3), 282-287 (2014).
  16. Danielewicz, E. J., Button, K. J., Inguscio, M., Strumia, F. . The optically pumped difluoromethane far-infrared laser. Reviews of Infrared and Millimeter Waves. 2, 223-250 (1983).
  17. Deroche, J. C., Benichou, E. K., Guelachvili, G., Demaison, J. Assignments of submillimeter emissions in difluoromethane pumped by 12C18O2 and 12C18O2 lasers. Int. J. Infrared Millim. Waves. 7 (10), 1653-1675 (1986).
  18. Jackson, M., Zink, L. R., McCarthy, M. C., Perez, L., Brown, J. M. The far-infrared and microwave spectra of the CH radical in the v = 1 level of the X2Π. J. Mol. Spectrosc. 247 (2), 128-139 (2008).
  19. Zhao, S., Lees, R. M. CH318OH: Assignment of FIR laser lines optically pumped in the in-plane CH3-rocking band. J. Mol. Spectrosc. 168 (1), 67-81 (1994).
  20. Evenson, K. M., Saykally, R. J., Jennings, D. A., Curl, R. F., Brown, J. M. Far infrared laser magnetic resonance. Chemical and Biochemical Applications of Lasers. 5, 95-138 (1980).
  21. Hocker, L. O., Sokoloff, D. R., Daneu, V., Szoke, A., Javan, A. Frequency mixing in the infrared and far-infrared using a metal-to-metal point contact diode. Appl. Phys. Lett. 12 (12), 401-402 (1968).
  22. Daneu, V., Sokoloff, D., Sanchez, A., Javan, A. Extension of laser harmonic-frequency mixing techniques into the 9 μ region with an infrared metal-metal point-contact diode. Appl. Phys. Lett. 15 (12), 398-400 (1969).
  23. Jennings, D. A., Evenson, K. M., Knight, D. J. E. Optical Frequency Measurements. Proc. IEEE. 74 (1), 168-179 (1986).
  24. Zink, L. R. . Highly accurate molecular constants for CO, HF, HCl, OH, NaH, MgH, and O2: Rotational transition frequencies measured with tunable far infrared radiation [thesis]. , (1986).
  25. Xu, L. -. H., et al. Methanol and the optically pumped far-infrared laser. IEEE J. Quantum Elect. 32 (3), 392-399 (1996).
  26. Jackson, M., Zink, L. R., Garrod, T. J., Petersen, S., Stokes, A., Theisen, M. The generation and frequency measurement of short-wavelength far-infrared laser emissions. IEEE J. Quantum Elect. 41 (12), 1528-1532 (2005).
  27. Jackson, M., Smith, M., Gerke, C., Barajas, J. M. Measurement of far-infrared laser frequencies from methanol isotopologues. IEEE J. Quantum Elect. 51 (4), 1500105 (2015).
  28. Freed, C., Javan, A. Standing-wave saturation resonances in the CO2 10.6 μ transitions observed in a low-pressure room-temperature absorber gas. Appl. Phys. Lett. 17 (2), 53-56 (1970).
  29. DeShano, B., Olivier, K., Cain, B., Zink, L. R., Jackson, M. Using guide wavelengths to assess far-infrared laser emissions. J. Infrared, Millim., Terahertz Waves. 36 (1), 13-30 (2015).
  30. Jackson, M., Nichols, A. J., Womack, D. R., Zink, L. R. First laser action observed from optically pumped CH317OH. IEEE J. Quantum Elect. 48 (3), 303-306 (2012).
  31. Inguscio, M., Moruzzi, G., Evenson, K. M., Jennings, D. A. A review of frequency measurements of optically pumped lasers from 0.1 to 8 THz. J. Appl. Phys. 60 (12), R161-R191 (1986).
  32. Pereira, D., et al. A review of optically pumped far-infrared laser lines from methanol isotopes. Int. J. Infrared Millim. Waves. 15 (1), 1-44 (1994).
  33. Zerbetto, S. C., Vasconcellos, E. C. C. Far infrared laser lines produced by methanol and its isotopic species: A review. Int. J. Infrared Millim. Waves. 15 (5), 889-933 (1994).
  34. Moruzzi, G., Winnewisser, B. P., Winnewisser, M., Mukhopadhyay, I., Strumia, F. . Microwave, Infrared and Laser Transitions of Methanol: Atlas of Assigned Lines from 0 to 1258 cm-1. , (1995).
  35. Weber, M. J. . Handbook of Laser Wavelengths. , (1999).
  36. De Michele, A., et al. FIR laser lines from CH3OD: A review. Int. J. Infrared Millim. Waves. 25 (5), 725-734 (2004).
  37. De Michele, A., Carelli, G., Moruzzi, G., Moretti, A. Hydrazine far-infrared laser lines and assignments: a review. J. Opt. Soc. Am. B. 22 (7), 1461-1470 (2005).
  38. Moraes, J. C. S., et al. Experimental investigation of 13CD3OH infrared transitions by means of optoacoustic spectroscopy. Int. J. Infrared Millim. Waves. 13 (11), 1801-1823 (1992).
  39. Viscovini, R. C., Scalabrin, A., Pereira, D. Infrared optoacoustic spectroscopy of 13CD3OD around the 10R and 10P CO2 laser lines. Int. J. Infrared Millim. Waves. 17 (11), 1821-1838 (1996).
  40. Maki, A. G., Chou, C. C., Evenson, K. M., Zink, L. R., Shy, J. T. Improved molecular constants and frequencies for the CO2 laser from new high-J regular and hot-band frequency measurements. J. Mol. Spectrosc. 167 (1), 211-224 (1994).
  41. Douglas, N. G., Krug, P. A. CW laser action in ethyl chloride. IEEE J. Quantum Elect. 18 (10), 1409-1410 (1982).
  42. Schwaller, P., Steffen, H., Moser, J. F., Kneubühl, F. K. Interferometry of resonator modes in submillimeter wave lasers. Appl. Opt. 6 (5), 827-829 (1967).
  43. Steffen, H., Kneubühl, F. K. Resonator interferometry of pulsed submillimeter-wave lasers. IEEE J. Quantum Elect. 4 (12), 992-1008 (1968).
  44. Whitbourn, L. B., Macfarlane, J. C., Stimson, P. A., James, B. W., Falconer, I. S. An experimental study of a cw optically pumped far infrared formic acid vapour laser. Infrared Phys. 28 (1), 7-20 (1988).
  45. Belland, P., Véron, D., Whitbourn, L. B. Mode study, beam characteristics and output power of a cw 337 μm HCN waveguide laser. J. Phys. D: Appl. Phys. 8 (18), 2113-2122 (1975).
  46. Inguscio, M., Ioli, N., Moretti, A., Strumia, F., D'Amato, F. Heterodyne of optically pumped FIR molecular lasers and direct frequency measurement of new lines. Appl. Phys. B. 40 (3), 165-169 (1986).
  47. Carelli, G., et al. CH318OH: FIR laser line frequency measurements and assignments. Infrared Phys. Technol. 35 (6), 743-755 (1994).
  48. Pearson, J. C., Müller, H. S. P., Pickett, H. M., Cohen, E. A., Drouin, B. J. Introduction to submillimeter, millimeter and microwave spectral line catalog. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 111 (11), 1614-1616 (2010).
  49. Ehasz, E. J., Goyette, T. M., Giles, R. H., Nixon, W. E. High-resolution frequency measurements of far-infrared laser lines. IEEE J. Quantum Elect. 46 (4), 474-477 (2010).
  50. Pearson, J. C., Drouin, B. J., Yu, S., Gupta, H. Microwave spectroscopy of methanol between 2.48 and 2.77 THz. J. Opt. Soc. Am. B. 28 (10), 2549-2577 (2011).
  51. Consolino, L., et al. Phase-locking to a free-space terahertz comb for metrological-grade terahertz lasers. Nat. Commun. 3, Article No. 1040 (2012).
  52. Bartalini, S., et al. Frequency-comb-assisted terahertz quantum cascade laser spectroscopy. Phys. Rev. X. 4 (2), 021006 (2014).
  53. Finneran, I. A., Good, J. T., Holland, D. B., Carroll, P. B., Allodi, M. A., Blake, G. A. Decade-spanning high-precision terahertz frequency comb. Phys. Rev. Lett. 114 (16), Article No. 163902 (2015).
  54. De Natale, P., et al. Quantum cascade laser THz metrology. Proc. SPIE.. , 93701D (2015).
  55. Dickinson, J. C., Goyette, T. M., Waldman, J. . High resolution imaging using 325 GHz and 1.5 THz transceivers. , 373-380 (2004).
  56. Vasconcellos, E. C. C., Zerbetto, S. C., Holecek, J. C., Evenson, K. M. Short-wavelength far-infrared laser cavity yielding new lines in methanol. Opt. Lett. 20 (12), 1392-1393 (1995).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislikSay 106Optik molek ler lazerlazer heterodyne tekni iuzak k z l tesi lazer frekansdiflorometan pompalanan

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır