تميز الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة وقياس تردداتها

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 ا....

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.

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

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، .......}

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
مضخة فراغ	زيت Leybold	Trivac D4A	HE-175 ؛ الكمية = 3
مضخة فراغ	Leybold	Trivac D8B أو D16B	Fomblin Fluid ؛ الكمية = 1 من كل
مضخة فراغ	زيت Leybold	Trivac D25B	HE-175 ؛ الكمية = 1
مروحية بصرية مع وحدة تحكم	أنظمة أبحاث ستانفورد	SR540
مكبر للصوت	قفل أنظمة أبحاث ستانفورد	SR830
محلل الطيف	سلسلة Agilent	E4407B	ESA-E ، 9 كيلو هرتز إلى 26.5 جيجاهرتز محلل الطيف
مكبر للصوت   ؛	يوفر Miteq	AFS-44	تضخيما 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 Avantek	AWL-1200B	تضخيما للإشارات أقل من 1.2 جيجاهرتز.
مزود الطاقة	Hewlett Packard	E3630A	مصدر طاقة تيار مستمر منخفض الجهد لمكبر الصوت.
مزود الطاقة	Glassman	KL Series	عالي الجهد لأشعة الليزر CO2< / sub> ؛ الكمية = 2 ؛ القطبية السلبية
امدادات الطاقة	Fluke	412B	طاقة عالي الجهد يستخدم مع كاشف أمبير الجهد العالي غير المتماثل NIST
	Judson Infrared Inc	J10D	لخلية التألق ؛ الكمية = 2
CO2< / sub> محلل طيف الليزر	الهندسة البصرية   ؛	16-A	تباع حاليا من قبل شركة Macken Instruments Inc.
لوحات التصوير الحراري مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية	الهندسة البصرية		تستخدم بشكل أساسي لمحاذاة الليزر المرجعي CO2< / sub>. تباع حاليا من قبل شركة Macken Instruments Inc.
المقاومات	Ohmite	L225J100K	100 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 ، SPDT	CII Technologies	H-17	الكمية = 3 ؛ واحد لكل مضخم ليزر CO2< / sub>
؛	برينستون للبحوث التطبيقية	PAR 113	تستخدم مع خلية مضان ؛ الكمية = 2
راسم الذبذبات	Tektronix	2235A	تستخدم أيضا نماذج مماثلة ؛ الكمية = 2
راسم الذبذبات / مكبر للصوت التفاضلي	Tektronix	7903 راسم الذبذبات مع مكبر للصوت التفاضلي 7A22
			هذا هو عداد الطاقة الموضح في الشكل 2.
عداد الطاقة مع جهاز استشعار	Scientech، Inc	Vector S310	للاستخدام أقل من 30 واط
Multimeter	Fluke	73III	تستخدم أيضا نماذج مماثلة ؛ الكمية = 3
الحصول على البيانات	إنتروكيتس	NI cDAQ 9174 الهيكل مع وحدة إدخال NI 9223	يستخدم برنامج LabVIEW
Simichrome Polish	Happich GmbH		لقاعدة 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 الضغط	والاس وتيرنان	61C-1D-0050	سلسلة 300 ؛ لليزر CO2< / sub> ؛ الكمية = 3
مقياس ضغط مع وحدة تحكم	Granville Phillips	Series 375	لليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
شعر أكسيد الزركونيوم	Zircar Zirconia	ZYF	شعر يستخدم كحزمة توقف
لوح أكسيد الزركونيوم	Zircar Zirconia	ZYZ-3	يستخدم كمحطة شعاع ؛ الكمية = 4
ورقة تفلون	السلع العلمية، شركة	BB96312-1248	1/32 بوصة سميكة. تستخدم لنافذة إخراج الليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
البولي بروبيلين	C-Line	61003	المستخدمة لنافذة إخراج الليزر بالأشعة تحت الحمراء البعيدة
فراغ الشحوم	Apiezon
امدادات الطاقة	Kepco	NTC 2000	PZT
أنبوب PZT	Morgan Advanced Materials		بطول 1 بوصة ، قطر خارجي 1 بوصة ، سمك 0.062 بوصة ، قطبية عكسية (جهد إيجابي من الخارج) ؛ الكمية = 3
ZnSe (مطلي ب AR)	II-VI Inc		CO2< / sub> نافذة ليزر (الكمية = 3) ، عدسة ، وجهاز تقسيم شعاع (الكمية 3) نافذة
كلوريد الصوديوم	بصريات	إدموند
نافذة CaF	كمية بصريات		= 2
مرايا ليزر وحواجز شبكية	Hyperfine، Inc		مطلية بالذهب ؛ بما في ذلك مرايا
تحديد المواقعأنابيب الليزر الزجاجية والخلايا المرجعية	Allen Scientific Glass
MIM	Custom 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