مقالة منهجية

تميز الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة وقياس تردداتها

11.6K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/53399

⸱

ديسمبر 18, 2015

 , 
1Department of Physics, Central Washington University, 2Department of Physics, University of Wisconsin-La Crosse, 3College of Science and Technology, Millersville University

في هذه المقالة

ملخص

نصف توليد الأشعة تحت الحمراء البعيدة باستخدام ليزر جزيئي ضخ بصريا جنبا إلى جنب مع قياس تردداتها بتقنيات غير متجانسة. يتم إثبات النظام والتقنيات التجريبية باستخدام ثنائي فلورو الميثان (CH2F2) كوسيط ليزر تشمل نتائجه ثلاث انبعاثات ليزر جديدة وثمانية ترددات ليزر مقاسة.

الملخص

وقد وجدت الجيل والقياس اللاحق للإشعاع الأشعة تحت الحمراء البعيدة العديد من التطبيقات في قرار عالية من التحليل الطيفي، علم الفلك الراديوي، وتيراهيرتز التصوير. لمدة 45 عاما، وقد تم إنجاز جيل متماسك، والأشعة تحت الحمراء البعيدة باستخدام الليزر الجزيئي ضخ بصريا. وبمجرد اكتشاف أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة، ويتم قياس الترددات من هذه الانبعاثات ليزر باستخدام تقنية مغايرة ثلاثة الليزر. مع هذه التقنية، وتواتر غير معروف من الليزر الجزيئي ضخ بصريا مختلطة مع تردد الفرق بين اثنين استقرت، ترددات إشارة الأشعة تحت الحمراء. يتم إنشاء هذه الترددات المرجعية التي كتبها ليزر ثاني أكسيد الكربون مستقلة، استقرت كل باستخدام إشارة مضان من الخلية الخارجية إشارة الضغط المنخفض. ويتم رصد مما أدى فوز بين الترددات ليزر المعروفة وغير المعروفة من قبل المعدنية عازل المعادن نقطة اتصال للكشف عن الصمام الثنائي الذي لوحظ على المواصفات الانتاجمحلل trum. يقاس بعد ذلك وتيرة ضربات بين هذه الانبعاثات الليزر وجنبا إلى جنب مع ترددات إشارة معروفة لاستقراء المجهول تردد الليزر تحت الحمراء البعيدة. الناتج سيغما واحد عدم اليقين كسور للترددات ليزر قياس مع هذه التقنية هو ± 5 أجزاء في 10 7. تحديد بدقة وتيرة انبعاثات يزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة أمر بالغ الأهمية في كثير من الأحيان يتم استخدامها كمرجع لقياس أخرى، كما هو الحال في ارتفاع تحقيقات، قرار الطيفية من الجذور الحرة باستخدام الليزر بالرنين المغناطيسي. وكجزء من هذا التحقيق، difluoromethane، CH 2 F 2، وكان يستخدم كوسيلة ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة. في كل شيء، تم قياس ثمانية الترددات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة لأول مرة مع ترددات تتراوح 0،359-1،273 THz لل. تم اكتشاف ثلاثة من هذه الانبعاثات الليزر خلال هذا التحقيق، وذكرت مع ضغطهم الأمثل التشغيل، والاستقطاب فيما يتعلق CO 2

المقدمة

تم إجراء قياس الترددات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة أول مرة من قبل هوكر وزملاء العمل في عام 1967. وهي قياس الترددات ل311 و 337 ميكرون الانبعاثات من التصريف المباشر سيانيد الهيدروجين الليزر من خلال خلطها مع التوافقيات أجل عالية إشارة الميكروويف في الصمام الثنائي السيليكون 1. لقياس ترددات أعلى، استخدمت سلسلة من أجهزة الليزر وأجهزة خلط التوافقية لتوليد التوافقيات الليزر 2. في نهاية المطاف اثنين استقرت غاز ثاني أكسيد الكربون (CO 2) وقد تم اختيار الليزر لتجميع الفرق الضروري ترددات 3،4. اليوم، ترددات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة تصل إلى 4 THz للويمكن قياس مع هذه التقنية فقط باستخدام التوافقي الأول من تردد الفرق التي تم إنشاؤها بواسطة اثنين استقرت CO 2 الليزر المرجعية. كما يمكن قياس ارتفاع انبعاثات تردد الليزر باستخدام التوافقي الثاني، مثل انبعاثات 9 THz لليزر من isotopologues الميثانول CHD 2 OH وCH 3 18 OH. 5،6 على مر السنين، والقياس الدقيق للترددات ليزر أثرت على عدد من التجارب العلمية 7،8 ويسمح اعتماد تعريف جديد للمتر قبل المؤتمر العام للأوزان والمقاييس في باريس في 1983. 9-11

وقد تقنيات مغايرة، مثل تلك التي وصفها، مفيد جدا في قياس الترددات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة التي تم إنشاؤها بواسطة الليزر الجزيئي ضخ بصريا. منذ اكتشاف الليزر الجزيئي ضخ بصريا عن طريق تشانغ والجسور 12 آلاف بصريا ضخت تم إنشاء الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة مع مجموعة متنوعة من وسائل الاعلام ليزر. على سبيل المثال، difluoromethane (CH 2 F 2) وisotopologues في توليد أكثر من 250 انبعاثات الليزر عندما ضخ بصريا من قبل CO 2 الليزر. وتتراوح الأطوال الموجية الخاصة بهم من حوالي 95،6-1714،1 ميكرون 13 - 15 وكان ما يقرب من 75٪ من هذه الانبعاثات الليزر تردداتها قياسها في حين أن العديد قد تم تعيينه الطيفي 16-18.

هذه الليزر، وتردداتها قياسها بدقة، وقد لعبت دورا حاسما في النهوض عالية الدقة التحليل الطيفي. أنها توفر معلومات هامة للدراسات طيفية الأشعة تحت الحمراء للغازات الليزر. وغالبا ما تستخدم هذه الترددات الليزر للتحقق من تحليل أطياف الأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء البعيدة لأنها توفر الاتصالات بين المستويات دولة الذبذبات متحمس التي غالبا ما تكون غير قابلة للوصول مباشرة من امتصاص الأطياف 19. أنها أيضا بمثابة مصدر الإشعاع الأساسي للدراسات التحقيق عابرة، والجذور الحرة قصيرة الأجل مع تقنية الليزر بالرنين المغناطيسي 20. مع هذه التقنية حساسة للغاية، أطياف زيمان التناوب وRO-الذبذبات في ذرات ممغطس، والجزيئات، والأيونات الجزيئية يمكن أن تكون صecorded وتحليلها جنبا إلى جنب مع القدرة على تحقيق معدلات تفاعل المستخدم في إنشاء هذه الجذور الحرة.

في هذا العمل، ليزر الجزيئي ضخ بصريا، كما هو موضح في الشكل 1، وقد استخدمت لتوليد أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة من difluoromethane. ويتكون هذا النظام من موجة مستمرة (الأسلحة الكيميائية) CO 2 مضخة ليزر وتجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة. مرآة الداخلية لتجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة إعادة توجيه أشعة الليزر CO 2 أسفل أنبوب النحاس المصقول، تمر ستة وعشرين انعكاسات قبل تنتهي في نهاية تجويف، ونثر ما تبقى من الإشعاع المضخة. ولذلك منتهى السعادة لعودته وسيلة ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة باستخدام الهندسة ضخ عرضية. لتوليد عمل الليزر، يتم ضبط العديد من المتغيرات، وبعض في وقت واحد، وجميع هي الأمثل في وقت لاحق مرة واحدة لوحظ أشعة الليزر.

في هذه التجربة، ويتم رصد أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة التي كتبها a-INSU المعادنLATOR المعادن (MIM) نقطة الاتصال للكشف عن الصمام الثنائي. وقد استخدم كاشف الصمام الثنائي MIM لقياس تردد الليزر منذ عام 1969. 21-23 في قياسات تردد الليزر، كاشف الصمام الثنائي MIM هو خلاط التوافقي بين اثنين أو أكثر من مصادر الإشعاع الساقط على الصمام الثنائي. يتكون كاشف الصمام الثنائي MIM من سلك التنغستن شحذ الاتصال قاعدة النيكل المصقول بصريا 24. قاعدة النيكل لديها طبيعيا طبقة أكسيد رقيقة وهذا هو طبقة عازلة.

مرة واحدة تم الكشف عن الانبعاثات الليزر، تم تسجيلها في الطول الموجي، والاستقطاب، والقوة، وتحسين ضغط التشغيل في حين تم قياس ترددها باستخدام تقنية مغايرة ثلاثة الليزر 25-27 التالية الطريقة الموصوفة في الأصل في المرجع. ويبين الشكل 2 4. الليزر الجزيئي ضخ بصريا مع اثنين من الأسلحة الكيميائية CO 2 الليزر إشارة إضافية ذات ستا تردد مستقلنظم bilization التي تستخدم تراجع لامب في إشارة مضان 4.3 ميكرون من خلية المرجعي الخارجي، وانخفاض ضغط 28. وتحدد هذه المخطوطة العملية المستخدمة للبحث عن انبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة، فضلا عن طريقة لتقدير الطول الموجي وفي تحديد بدقة وتيرتها. تفاصيل بشأن تقنية مغايرة ثلاثة الليزر فضلا عن مختلف مكونات ومعايير التشغيل للنظام يمكن العثور عليها في الجدول التكميلي A جنبا إلى جنب مع إشارات 4، 25-27، 29، و 30.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. التخطيط للتجارب

  1. إجراء مسح للأدبيات لتقييم الأعمال السابقة التي أجريت باستخدام وسيلة ليزر من الفائدة، والتي لهذه التجربة هو CH 2 F 2. تحديد جميع انبعاثات الليزر المعروف جنبا إلى جنب مع جميع المعلومات عن خطوط مثل الطول الموجي والتردد. تتوفر 13،31 عدة استطلاعات للانبعاثات الليزر المعروف - 37.
  2. تجميع جميع التحقيقات الطيفية للجزيء تستخدم كوسيلة ليزر مع التركيز على فورييه مسبق تحويل 34 وبصري سمعي دراسات 38،39.

2. الانبعاثات توليد الأشعة تحت الحمراء البعيدة ليزر

  1. نظرة عامة على السلامة.
    1. تطوير إجراءات التشغيل القياسية للمختبر الذي يتضمن المناسبة لحماية العين عند العمل مع CO 2 وأنظمة ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
  2. المواءمة والمعايرة.
    1. معايرة كل CO 2 لترعسير باستخدام محلل الطيف استنادا صريف المصممة ليزر CO 2 وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
    2. محاذاة المرايا نهاية ومرآة اقتران في تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة باستخدام الليزر وني بحيث تركز الإشعاع بها على كشف الصمام الثنائي MIM.
    3. توجيه الإشعاع من مضخة ليزر CO 2 في تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة من خلال نافذة كلوريد الصوديوم في زاوية ما يقرب من 72 س فيما يتعلق المحور تجويف.
    4. توجيه الإشعاع من اثنين من ليزر CO 2 إشارة إلى أي خلية مرجع كل منهما مضان الضغط المنخفض أو زملاء خطيا على كشف الصمام الثنائي MIM باستخدام شق شعاع والمرايا إضافية.
  3. الكشف عن أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة.
    1. تلميع قاعدة النيكل كل عدة أيام باستخدام طلاء المعادن القياسية.
    2. تجعيد سلك التنغستن 25 ميكرون إلى آخر النحاس وثني الأسلاك في configurأوجه هو مبين في الشكل (3).
    3. ضبط طول السلك بحيث يكون بين 10-20 الأطوال الموجية للإشعاع الذي يتم قياسه.
    4. Electrochemically حفر غيض من الأسلاك في محلول مشبع هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) عن طريق تطبيق الجهد (حوالي 3،5-5 VAC) إلى الحل.
    5. إعادة حفر غيض مع الجهد المنخفض (أقل من 1 VAC). هذا roughens غيض من الأسلاك ويحسن أداء الصمام الثنائي.
    6. شطف السلك بالماء المقطر.
    7. إدراج آخر النحاس إلى مساكن الصمام الثنائي MIM مرة واحدة السلك الجاف.
    8. وضع السلك في اتصال مع قاعدة النيكل باستخدام المسمار ومستوى النظام على ما يرام. اتصالات مما أسفر عن المقاومة عبر الصمام الثنائي بين 100 و 500 Ω عادة ما تستخدم عندما كشف وقياس أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة.
  4. توليد أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة.
    1. ضبط مضخة ليزر CO 2 على م الليزر محددission، على سبيل المثال، 9 P 36.
    2. قم بتدوير قرص ميكرومتر على مضخة ليزر CO 2 ذهابا وإيابا إلى تحقيق أقصى قدر من الكثافة في المحطة شعاع.
    3. ضبط الميل من صريف ضخ الليزر CO 2 إلى تحقيق أقصى قدر من الكثافة في المحطة شعاع.
    4. كرر الخطوات من 2.4.2 و2.4.3 حتى يظهر انتاج الطاقة لمضخة ليزر CO 2 الأمثل في المحطة شعاع.
    5. إزالة محطة شعاع من مسار مضخة ليزر CO 2.
    6. تشغيل ومحاذاة المروحية البصرية في مسار شعاع مضخة ليزر CO 2.
    7. فتح صمام على CH 2 F 2 اسطوانة لتقديم وسيلة ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة في تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة.
    8. ضبط صمام القياس على خط مدخل إلى الضغط من حوالي 10 ويتحقق باسكال.
      ملاحظة: فقط الضغط تقريبي ضروري لأن يتم استخدامه كوسيلة لمسح منهجي ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة جavity.
    9. تعيين موقف مقرنة الانتاج بحيث طرفها الأبعد هو حوالي 1 سم من منتصف تجويف الليزر كما هو مبين من خلال مقياس مدرج على السطح الخارجي للتجويف الليزر.
      ملاحظة: فقط على الموقع التقريبي ضروري لأن يتم استخدامه كوسيلة لمسح منهجي تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة.
    10. ضبط موقف المنقولة الأشعة تحت الحمراء البعيدة مرآة ليزر في ما يقرب من 0.25 ملم الزيادات من خلال تناوب الهاتفي ميكرومتر معايرة ذهابا وإيابا. في وقت واحد توليف تردد من مضخة ليزر CO 2 من خلال منحنى مكاسبه عن طريق تغيير الجهد المطبق عبر محول كهربائي ضغطي ضخ الليزر CO 2 (PZT).
    11. إذا لوحظ عدم وجود إشارة على الشاشة الذبذبات، كرر الخطوة 2.4.10 مع مقرنة الانتاج انتقلت الى موقفها التالي حيث غيض حوالي 1.5 سم من منتصف تجويف الليزر كما هو مبين من خلال مقياس مدرج من الخارج ليزر تجويف.
    12. إذا لوحظ عدم وجود إشارة على الشاشة الذبذبات، كرر الخطوة 2.4.10 مع مقرنة الانتاج انتقلت الى موقفها التالي حيث غيض حوالي 2 سم من منتصف تجويف الليزر كما هو مبين من خلال مقياس مدرج من الخارج ليزر تجويف.
    13. إذا لوحظ عدم وجود إشارة على الشاشة الذبذبات، كرر الخطوات من 2.4.9 من خلال 2.4.12 مع الضغط ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة حوالي 19 باسكال بعد تعديلها مع صمام القياس على خط مدخل.
    14. إذا لوحظ عدم وجود إشارة على الشاشة الذبذبات، كرر الخطوات من 2.4.9 من خلال 2.4.12 مع الضغط ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة حوالي 27 باسكال بعد تعديلها مع صمام القياس على خط مدخل.
    15. إذا لوحظ عدم وجود إشارة على الشاشة الذبذبات، إدراج المحطة شعاع في طريق مضخة ليزر CO 2 وإغلاق صمام على CH 2 F 2 اسطوانة حتى الضغط ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة حوالي 0 باسكال.
    16. ضبط مضخة CO 2الليزر لانبعاث الليزر المقبل، على سبيل المثال، 9 ف 34، وتحسين انتاج الطاقة باستخدام الخطوات 2.4.2 خلال 2.4.4.
    17. كرر الخطوات من 2.4.5 من خلال 2.4.16 حتى يتم استخدام كافة الانبعاثات الناتجة عن مضخة ليزر CO 2. عند البحث عن خطوط ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة، ضع التركيز على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ليزر 2 مضخة التي تتداخل مع أي مناطق امتصاص المحددة في الخطوة 1.2 الترددات.
  5. تميز انبعاثات يزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
    1. في الوقت نفسه ضبط ضغط المتوسط ​​ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة، والجهد المطبق على PZT ضخ الليزر CO 2، وموقف مقرنة الإخراج حتى يتم تكبير انتاج الطاقة من انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة و(يحدده كحد أقصى الذروة ل- إشارة الذروة من كشف الصمام الثنائي MIM كما لوحظ على الشاشة الذبذبات، على غرار الشكل 4).
    2. تحويل اتجاه عقارب الساعة الطلب ميكرومتر حتى لوحظ انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة علىعرض الذبذبات. تسجيل موقف من الاتصال الهاتفي ميكرون.
    3. تحويل اتجاه عقارب الساعة الطلب ميكرومتر ل20 وسائط إضافية المقابلة لنفس الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة. تسجيل موقف من الاتصال الهاتفي ميكرون.
    4. طرح الموقف من الاتصال الهاتفي ميكرومتر في الخطوات 2.5.2 و2.5.3. تقسيم هذه الفرق بنسبة 10 إلى الحصول على الطول الموجي للانبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة.
    5. كرر الخطوات من 2.5.2 خلال 2.5.4 ما مجموعه خمس مرات، ومتوسط ​​الطول الموجي للانبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة. متوسط ​​موجات الليزر قياس التي تعبر على الأقل 20 طرق طولية المجاورة لها عدم اليقين سيغما أحد ± 0.5 ميكرون.
    6. قياس الاستقطاب من أشعة الليزر تحت الحمراء البعيدة، نسبة إلى مضخة الإشعاع CO 2، وذلك باستخدام إما المستقطب الذهب سلك الشبكة (394 خطوط / سم) أو المستقطب بروستر.

3. تحديد الأشعة تحت الحمراء البعيدة ترددات الليزر

  1. التعرفجي انبعاثات الليزر إشارة CO 2.
    1. حساب وتيرة انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة على أساس طول موجته قياسه.
    2. تحديد مجموعات من CO خطوط الليزر 2 المرجع الذي هو ضمن عدة غيغاهرتز من التردد المحسوب لانبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة 40 فرق التردد. تظهر قائمة المعتادة المستخدمة في هذه القياسات في الجدول 1.
  2. البحث عن إشارة مغايرة فوز.
    1. تحديد أول مجموعة من خطوط ليزر CO 2 المرجعية وتعيين كل الليزر إشارة CO 2 على انبعاث الليزر لها.
    2. تحسين انتاج الطاقة لكل الليزر إشارة CO 2 باستخدام الخطوات 2.4.2 خلال 2.4.4 ومتر مراقبة السلطة.
      1. ضبط قزحية، إما داخلية أو خارجية كل الليزر المرجعية، بحيث السلطة من كل الليزر إشارة CO 2 حوالي 100 ميغاواط مقاسا متر مراقبة السلطة هو مبين فيالرقم 2.
    3. منع الإشعاع من مضخة ليزر CO 2 باستخدام توقف شعاع في حين رفع الحظر على الإشعاع من أشعة الليزر إشارة CO 2.
    4. تشغيل ومحاذاة المروحية البصرية في مسار الشعاع شارك الخطي للأشعة الليزر إشارة CO 2.
    5. تحسين لأقصى قدر من ذروة إلى ذروة الجهد كل CO 2 الانبعاثات الليزر إشارة على كشف الصمام الثنائي MIM باستخدام العديد من المرايا، شق شعاع، و2.54 سم الطول البؤري ZnSe بلانو عدسة محدبة مع مراعاة الإخراج على الذبذبات، على غرار الشكل 5 .
    6. منع الإشعاع من أشعة الليزر إشارة CO 2 باستخدام توقف شعاع في حين رفع الحظر على الإشعاع من مضخة ليزر CO 2.
    7. إعادة تحسين ضخ ليزر CO 2 والليزر تحت الحمراء البعيدة، عند الضرورة، بحيث انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة لديه الحد الأقصى من الذروة إلى الذروة الجهد كما لوحظ على الذبذبات.
    8. ر قطع الاتصالانه MIM الانتاج كاشف الصمام الثنائي من الذبذبات وتوصيله إلى مكبر للصوت الذي يتم الاحتفال به يوم محلل الطيف الانتاج.
    9. الافراج عن الإشعاع من أشعة الليزر إشارة CO 2.
    10. إزالة المروحيات البصرية تحوير مضخة والمرجعية الليزر CO 2.
    11. تعيين محلل الطيف على 40 ميغاهيرتز فترة والبحث عن إشارة فوز في 1.5 غيغاهرتز الزيادات عن طريق مسح هذا النطاق التردد يدويا باستخدام مقبض تعديل محلل الطيف.
    12. إذا لوحظ عدم وجود إشارة فوز، قطع الناتج الصمام الثنائي MIM من مكبر للصوت وتوصيله إلى الذبذبات.
    13. منع الإشعاع من أشعة الليزر إشارة CO 2 وأعد المروحية البصرية في طريق مضخة ليزر CO 2.
    14. كرر الخطوات من 3.2.2 من خلال 3.2.13 الضرورة حتى تم استخدام تحليل الطيف للبحث عن إشارة نبض بين 0 و 12 غيغاهيرتز.
    15. إذا لوحظ عدم وجود إشارة فوز، repeفي خطوات 3.2.2 من خلال 3.2.14 مع مجموعة أخرى من CO خطوط الليزر 2 إشارة إلى إما لوحظ إشارة فوز أو كل مجموعة ممكنة من خطوط ليزر CO 2 المرجعية هي منهكة.
  3. استقرار ترددات إشارة CO 2.
    1. تطبيق الجهد بين 0 و 900 V إلى PZT أول CO 2 الليزر المرجعية بحيث الإشارة من خلية إشارة مضان الخاصة به على ما في وسط تراجع لامب، هو موضح في الشكل (6) وكما ينظر اليها على الذبذبات كما في الشكل (7).
    2. تفعيل الجهد ردود الفعل تطبيقها على PZT أول CO 2 الليزر إشارة لاستخدام قفل في / أجهزة مكبر للصوت مخصص بنيت بحيث تبقى مقفلة لوسط تراجع لامب.
    3. كرر الخطوات من 3.3.1 و 3.3.2 للمرة الثانية CO 2 الليزر المرجعية.
    4. بصريا مراقبة الانتاج من قبل أمبير على الذبذبات، كما في الشكل 7، لENتأكد من أن أشعة الليزر إشارة لا تزال مقفلة.
  4. قياس وتيرة ضربات.
    1. توسيط إشارة فوز على شاشة محلل الطيف وضبط السعة لتحقيق أقصى قدر حجمه على الشاشة.
    2. تعيين محلل الطيف لعرض اثنين من آثار في وقت واحد للإشارة فوز، كما في الشكل 8، من خلال تحديد ميزة الكتابة واضحة لكل من تتبع 1 وتتبع 2. واحد أثر سيتم عرض إشارة لحظية في حين أن الآخر سوف يسجل الحد الأقصى للإشارة (باستخدام ميزة عقد ماكس على تحليل الطيف للالتتبع الثاني).
    3. قم بتدوير قرص ميكرومتر على تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة ذهابا وإيابا عبر منحنى مكسب للوضع تجويف معين.
    4. استخدام ميزة عرض على محلل الطيف لتجميد الثاني (ماكس التملك) تتبع مرة واحدة يتم الحصول على نمط متماثل.
    5. تناوب قليلا في اتجاه عقارب الساعة الطلب ميكرومتر لتقليل طول تجويف الليزر تحت الحمراء البعيدة. نلاحظ في وقت واحد الغواصاتequent تحول طفيف في وتيرة ضربات على تحليل الطيف بسبب هذه الزيادة طفيفة في وتيرة ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
    6. وضع علامات على العرض الكامل بنصف أقصى قدر من النقاط من نمط متماثل (ماكس عقد التتبع) باستخدام وظيفة ماركر مع ميزة دلتا على تحليل الطيف.
    7. قياس التردد المركزي للإشارة ضربات باستخدام ميزة سبان زوج على تحليل الطيف.
    8. كرر الخطوات من 3.4.1 خلال 3.4.7.
    9. فك الارتباط بين تلك قفل في مكبر للصوت / المؤازرة لكل الليزر إشارة CO 2 لفتح كل يزر من تردد وسطها وإعادة الاستفادة من كل ليزر إشارة CO 2.
    10. إعادة قفل الليزر المرجعية باستخدام الخطوات 3.3.1 خلال 3.3.4.
    11. كرر الخطوات من 3.4.1 من خلال 3.4.10 ليصبح المجموع 6 القياسات. مرة واحدة كاملة، وفتح كل CO 2 الليزر إشارة من التردد وسطها.
    12. حساب التردد منقحة من الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة باستخدام هذه ضربات الصحائفquencies الحصول على تقدير دقيق لمجموعة ثانية من CO خطوط الليزر 2 المرجعية.
    13. تحديد مجموعة مختلفة من CO خطوط الليزر 2 المرجع الذي هو ضمن عدة غيغاهرتز من التردد يحسب لانبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة الفرق تردد.
    14. تحسين المجموعة التالية من CO 2 خطوط الليزر إشارة على كشف الصمام الثنائي MIM والحصول على إشارة ضربات باستخدام خطوات 3.2.2 من خلال 3.2.15 الضرورة.
    15. قفل مجموعة جديدة من خطوط CO 2 الليزر المرجعية باستخدام الخطوات 3.3.1 خلال 3.3.4.
    16. كرر الخطوات من 3.4.1 من خلال 3.4.10 ليصبح المجموع 6 القياسات. مرة واحدة كاملة، وفتح كل CO 2 الليزر إشارة من التردد وسطها.
    17. توقف إدراج شعاع في مسارات مضخة والمرجعية الليزر CO 2.
  5. حساب التردد ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
    1. حساب مجهول تردد الليزر تحت الحمراء البعيدة، ν معلومات الطيران، وذلك باستخدام قياس تكونفي التردد من خلال العلاقة
      FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν ضربات | مكافئ. 1
      حيث | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | هو حجم تردد الفرق توليفها من قبل اثنين من CO 2 الليزر المرجعية و| ν ضربات | هو حجم التردد فوز. علامة ± في المعادلة. 1 يتم تحديد تجريبيا من الخطوة 3.4.5.
    2. الحصول على معدل تردد وحسابالشك.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

كما ذكر، وتواتر التقارير عن انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة في المتوسط ​​من اثني عشر على الأقل قياسات أجريت مع اثنين على الاقل من مجموعات مختلفة من CO خطوط الليزر 2 المرجعية. ويبين الجدول 2 البيانات المسجلة لانبعاث 235.5 ميكرون الليزر عند استخدام 9 P 04 CO 2 مضخة ليزر. لهذا الانبعاث ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وسجلت أربعة عشر القياسات الفردية للتردد فوز. تم تسجيل أول مجموعة من القياسات أثناء استخدام 9 R

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

هناك العديد من الخطوات الحاسمة في البروتوكول الذي يتطلب بعض المناقشات إضافية. عند قياس الطول الموجي ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة، على النحو المبين في الخطوة 2.5.3، فمن المهم ضمان نفس النمط من انبعاث الليزر تحت الحمراء البعيدة يتم استخدامه. (أي TEM 00، TEM 01، الخ) يمكن أن تتولد وسائط متعددة من طول موجة الليزر تحت الحمراء البعيدة داخل تجويف الليزر وبالتالي فمن المهم التعرف على وسائط تجويف المجاور المناسبة التي تستخدم لقياس الطول الموجي 13،29، ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

تم تحديد بعض المعدات التجارية في هذه الورقة لتعزيز الفهم. ولا يعني تحديد الهوية هذه توصية أو تأييد من أصحاب البلاغ، كما أنه لا يعني ضمنا أن المعدات المحددة هي بالضرورة أفضل المعدات المتاحة لهذا الغرض.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل اتحاد منح الفضاء في واشنطن بموجب الجائزة NNX10AK64H.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مضخة فراغزيت LeyboldTrivac D4AHE-175 ؛ الكمية = 3
مضخة فراغLeyboldTrivac D8B أو D16BFomblin Fluid ؛ الكمية = 1 من كل
مضخة فراغزيت LeyboldTrivac D25BHE-175 ؛ الكمية = 1
مروحية بصرية مع وحدة تحكمأنظمة أبحاث ستانفوردSR540
مكبر للصوتقفل أنظمة أبحاث ستانفوردSR830
محلل الطيفسلسلة AgilentE4407BESA-E ، 9 كيلو هرتز إلى 26.5 جيجاهرتز محلل الطيف
مكبر للصوت   ؛يوفر MiteqAFS-44تضخيما للإشارات بين 2 و 18 جيجاهرتز. يتم تشغيل مكبر الصوت بواسطة مصدر طاقة تيار مستمر ثلاثي الإخراج من Hewlett Packard ، موديل E3630A.
مكبر للصوت يوفر AvantekAWL-1200Bتضخيما للإشارات أقل من 1.2 جيجاهرتز.
مزود الطاقةHewlett PackardE3630Aمصدر طاقة تيار مستمر منخفض الجهد لمكبر الصوت.
مزود الطاقةGlassmanKL Seriesعالي الجهد لأشعة الليزر CO2< / sub> ؛ الكمية = 2 ؛ القطبية السلبية
امدادات الطاقةFluke412Bطاقة عالي الجهد يستخدم مع كاشف أمبير الجهد العالي غير المتماثل NIST
Judson Infrared IncJ10Dلخلية التألق ؛ الكمية = 2
CO2< / sub> محلل طيف الليزرالهندسة البصرية   ؛16-Aتباع حاليا من قبل شركة Macken Instruments Inc.
لوحات التصوير الحراري مع ضوء الأشعة فوق البنفسجيةالهندسة البصرية تستخدم بشكل أساسي لمحاذاة الليزر المرجعي CO2< / sub>. تباع حاليا من قبل شركة Macken Instruments Inc.
المقاوماتOhmite L225J100K100 كيلو واط ، 225 واط. يتم استخدام ما بين 4 إلى 6 مقاومات في كل نظام صابورة. كل ليزر CO2< / sub> له نظام الصابورة الخاص به. تستخدم المراوح لتبريد المقاومات.
مرحل الجهد العالي ، SPDTCII TechnologiesH-17الكمية = 3 ؛ واحد لكل مضخم ليزر CO2< / sub>
  ؛برينستون للبحوث التطبيقيةPAR 113تستخدم مع خلية مضان ؛ الكمية = 2
راسم الذبذباتTektronix2235Aتستخدم أيضا نماذج مماثلة ؛ الكمية = 2
راسم الذبذبات / مكبر للصوت التفاضليTektronix7903 راسم الذبذبات مع مكبر للصوت التفاضلي 7A22
هذا هو عداد الطاقة الموضح في الشكل 2.
عداد الطاقة مع جهاز استشعارScientech، IncVector S310للاستخدام أقل من 30 واط
MultimeterFluke73IIIتستخدم أيضا نماذج مماثلة ؛ الكمية = 3
الحصول على البياناتإنتروكيتسNI cDAQ 9174 الهيكل مع وحدة إدخال NI 9223يستخدم برنامج LabVIEW
Simichrome PolishHappich GmbHلقاعدة النيكل المستخدمة في كاشف الصمام الثنائي MIM. على الرغم من أنه يمكن استخدام قاعدة النيكل مباشرة بعد التلميع ، إلا أنه يوصى عادة بمهلة 12 ساعة.
مقياس الضغطوالاس وتيرنان61C-1D-0050سلسلة 300 ؛ لليزر CO2< / sub> ؛ الكمية = 3
مقياس ضغط مع وحدة تحكمGranville PhillipsSeries 375لليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
شعر أكسيد الزركونيومZircar ZirconiaZYFشعر يستخدم كحزمة توقف
لوح أكسيد الزركونيومZircar ZirconiaZYZ-3يستخدم كمحطة شعاع ؛ الكمية = 4
ورقة تفلونالسلع العلمية، شركةBB96312-12481/32 بوصة سميكة. تستخدم لنافذة إخراج الليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
البولي بروبيلينC-Line61003المستخدمة لنافذة إخراج الليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
فراغ الشحومApiezon
امدادات الطاقةKepcoNTC 2000PZT
أنبوب PZTMorgan Advanced Materialsبطول 1 بوصة ، قطر خارجي 1 بوصة ، سمك 0.062 بوصة ، قطبية عكسية (جهد إيجابي من الخارج) ؛ الكمية = 3
ZnSe (مطلي ب AR)II-VI IncCO2< / sub> نافذة ليزر (الكمية = 3) ، عدسة ، وجهاز تقسيم شعاع (الكمية 3) نافذة
كلوريد الصوديومبصرياتإدموند
نافذة CaFكمية بصريات= 2
مرايا ليزر وحواجز شبكيةHyperfine، Incمطلية بالذهب ؛ بما في ذلك مرايا
تحديد المواقعأنابيب الليزر الزجاجية والخلايا المرجعيةAllen Scientific Glass
MIMCustom Microwave، Inc
القواعد المغناطيسية ، ولوحات القاعدة ، والمشابك الأساسية ، ومرحلة ترجمة XYZ ، إلخ.
مصدر عداد الطاقة مع مستشعر متماسك 200 للاستخدام أقل من 10 واط & nbsp ؛ ناشيونال حماة ورقة كمية = 1 إدموند كاشف الصمام الثنائي تشمل المواد الأخرى

المراجع

  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. Comptes Rendus des Séances de la 17e Conférence Générale des Poids et Mesures, Sevres, France, , 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. Millimetre and Submillimetre Wavelength Lasers: A Handbook of CW Measurements. Walter, H. 61, Springer Series in Optical Sciences. Springer-Verlag. (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. The optically pumped difluoromethane far-infrared laser. Reviews of Infrared and Millimeter Waves. Button, K. J., Inguscio, M., Strumia, F. 2, Plenum. 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, Academic Press. 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]. , University of Colorado. (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. , CRC Press. FL. (1995).
  35. Handbook of Laser Wavelengths. Weber, M. J. , CRC Press. FL. (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.. 9370 Quantum Sensing and Nanophotonic Devices XII, , 93701D(2015).
  55. Dickinson, J. C., Goyette, T. M., Waldman, J. High resolution imaging using 325 GHz and 1.5 THz transceivers. 15th International Symposium on Space Terahertz Technology Proceedings, , 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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة