Caracterización de Emisiones láser infrarrojo lejano y la medición de sus frecuencias

El objetivo general de este procedimiento es generar radiación láser de infrarrojo lejano y medir las frecuencias de las emisiones láser generadas utilizando una técnica heterodina de tres láseres. Esto se logra primero enviando radiación láser de dióxido de carbono a una cavidad láser de infrarrojo lejano. El segundo paso consiste en variar los parámetros de funcionamiento de ambas cavidades láser para generar radiación láser de infrarrojo lejano y observar la radiación detectada mediante un osciloscopio.

A continuación, la radiación infrarroja lejana se mezcla con dos frecuencias de láser de dióxido de carbono de referencia. Luego se identifica la frecuencia de batido resultante. El paso final consiste en medir múltiples frecuencias de batido para calcular la frecuencia del láser de infrarrojo lejano.

En última instancia, durante esta investigación, se utiliza la técnica de heterodina láser para medir ocho frecuencias láser en el infrarrojo lejano generadas por metano Diora. Aunque, por primera vez, los resultados de este método pueden aportar información sobre la espectroscopia de la molécula láser. También puede aplicarse a sistemas que requieren frecuencias precisas, como la espectroscopia de alta resolución, la radioastronomía y la imagenología en terahercios.

Imágenes Prepare el trabajo con radiación láser potencialmente dañina utilizando protección ocular adecuada. Esta parte del protocolo utilizará un láser de dióxido de carbono y una cavidad láser de infrarrojo lejano de cobre pulido. Este esquema proporciona una visión general de cómo se disponen ambos.

El láser de dióxido de carbono bombeará la cavidad del láser de infrarrojo lejano, que se llenará con metano diluido. Para este experimento, la salida del láser de infrarrojo lejano será detectada con un detector DDE de contacto puntual metal-aislante-metal. Comience trabajando con el láser de dióxido de carbono ajustado a una transición láser deseada aquí, nueve R dos ocho.

Coloque un obstáculo de haz en la salida del láser. Ahora gire el dial micrométrico del láser para maximizar la intensidad del haz en el obstáculo. Además, ajuste la inclinación de la rejilla del láser para lograr la intensidad máxima.

Continúe ajustando el micrómetro DIO y el filtro hasta que la potencia de salida del láser de dióxido de carbono parezca optimizada. Una vez finalizado, retire el obstáculo del haz del trayecto. Luego encienda y alinee un cortador óptico en la trayectoria del haz del láser de bombeo.

A continuación, comience. Para preparar la cavidad del láser de infrarrojo lejano, abra la válvula del cilindro de difluorometano para introducirlo como medio en la cavidad. Ajuste la válvula dosificadora en la línea de entrada de manera que se alcance una presión de aproximadamente 10 pascal o 75 militorr.

Pase a ajustar el espejo de acoplamiento de salida de la cavidad. Utilice una varilla externa unida al espejo para colocar la posición del espejo aproximadamente a un centímetro del centro de la cavidad, según se indica en la escala calibrada. A continuación, asegúrese de que la salida del detector esté conectada a un osciloscopio.

Luego, prepárese para buscar radiación láser en el infrarrojo lejano en la cavidad de infrarrojo lejano. Utilice el dial micrométrico calibrado para ajustar el espejo láser móvil en el interior. Simultáneamente, controle el voltaje aplicado al transductor piezoeléctrico del láser de dióxido de carbono para sintonizar la frecuencia del láser.

Cuando se detecta una emisión láser, la forma de onda en el osciloscopio pasará de ser plana, representando la ausencia de emisión, a una forma de onda cuadrada. Al representar la presencia de una emisión láser en el infrarrojo lejano, se debe optimizar la potencia de la señal antes de continuar. Luego, registre la posición del modo de cavidad particular en el dial del micrómetro.

Gire el dial del micrómetro en sentido horario para encontrar el siguiente modo. Observe cómo la traza del osciloscopio se vuelve plana. Luego, muestre otra onda cuadrada.

Continúe girando el dial en sentido horario hasta que se hayan encontrado un total de 21 modos. Registre la posición final del dial y utilícela para determinar la longitud de onda de la emisión. Para determinar las frecuencias del láser de infrarrojo lejano, haga uso de dos láseres de referencia de dióxido de carbono.

Este esquema muestra la configuración completa con los dos láseres de referencia, el láser de bombeo y la cavidad de infrarrojo lejano. La configuración corresponde a una técnica heterodina de tres láseres, y los dos láseres de referencia se ajustan de modo que su diferencia de frecuencia esté dentro de varios gigahercios de la frecuencia de infrarrojo lejano calculada a partir de la longitud de onda medida. Comience con un obstáculo de haz en la trayectoria colineal de los láseres de referencia.

Trabaje con la salida de un láser de referencia y mida esta con un medidor de potencia. Mueva lentamente el micrómetro del láser mientras observa la lectura de potencia y ajústelo a la posición correspondiente a la potencia máxima. Una vez ajustado, utilice una llave Allen para realizar ajustes finos cambiando la inclinación de la rejilla.

Alterne entre los dos para optimizar la potencia de salida. Después de optimizar la potencia de salida de cada láser de referencia, ajuste las iris de cada láser. Cada láser debe entregar aproximadamente 100 milivatios de potencia al medidor de potencia en la trayectoria del haz.

Continúe bloqueando el haz del láser de bombeo. Luego, reemplace el obstáculo del haz en la trayectoria compartida de los láseres de referencia con un cortador óptico. Ahora, supervise la señal del osciloscopio y trabaje para maximizar la radiación enfocada en el detector.

De los láseres de referencia. Bloquee el segundo láser de referencia y utilice una lente plano-convexa para enfocar el haz del primer láser de referencia sobre el detector. Luego, bloquee el primer haz de referencia y desbloquee el segundo haz de referencia.

Ajuste el divisor de haz para maximizar la señal del segundo láser de referencia en el detector. Para cada caso, observe el osciloscopio y deténgase. Cuando la señal pico máxima esté optimizada, regrese el obturador de haz al camino del láser de referencia colineal.

Retire el obturador del láser de bombeo. Ahora supervise la potencia de salida de la emisión de infrarrojo lejano en el osciloscopio. En este caso, la potencia ya ha sido optimizada.

Una vez que se haya optimizado la potencia, desconecte el detector de diodo metal-aislante-metal del osciloscopio. Conecte el detector, mediante un amplificador, a un analizador de espectros. En este momento, retire todas las paradas de haz y los choppers ópticos de las trayectorias del haz de bombeo y del haz de referencia.

A continuación, comience a buscar la señal de batido utilizando el analizador de espectros; configure el analizador en un rango de 40 megahercios y busque la señal de batido en incrementos de 1,5 gigahercios. Deténgase cuando se encuentre una señal de batido. Cuando se encuentre la señal, comience a estabilizar las frecuencias de referencia.

Enfóquese en un láser de referencia y aplique entre cero y 900 voltios a su transductor piezoeléctrico para colocar la señal de su celda de referencia de fluorescencia en el centro del hueco de Lamb. Active un amplificador de detección síncrona para mantener la señal en el centro del hueco de Lamb y repita los mismos pasos para el segundo láser de referencia con el fin de medir la frecuencia de batido. Centre la señal de batido en el analizador de espectros y ajuste su amplitud para maximizar su tamaño en la pantalla.

Configure el analizador de espectros para mostrar simultáneamente la señal instantánea en azul y la señal máxima en amarillo para un modo de cavidad determinado. Gire el dial micrométrico de la cavidad del láser de infrarrojo lejano hacia adelante y hacia atrás. Observe la curva de ganancia producida en el analizador de espectros.

Una vez que sea simétrico, utilice la función de vista para congelar el trazo de la señal máxima y determinar el signo de la frecuencia de batido. Observe el desplazamiento de la frecuencia de batido mientras el dial del micrómetro gira ligeramente en sentido horario. Para medir la frecuencia central de la señal de batido, coloque marcadores en los puntos de anchura total a mitad del máximo del patrón simétrico producido por el trazo del máximo.

Luego, utilice la función de pares de líneas del analizador de espectro. A continuación se muestran las frecuencias promedio de láser en el infrarrojo lejano medidas por primera vez con este protocolo y utilizando metano di-fluorado en la cavidad de infrarrojo lejano. Los promedios se calcularon a partir de al menos 12 mediciones realizadas con al menos dos conjuntos diferentes de líneas láser de referencia de dióxido de carbono.

Las filas resaltadas corresponden a nuevas emisiones láser descubiertas. La evaluación de las incertidumbres inherentes al sistema y una comparación con frecuencias previamente reportadas sugiere una incertidumbre fraccional de un sigma de cinco partes en 10 millones. Se observó que las nuevas emisiones láser tenían una potencia en el rango de la milésima a la centésima parte de un milivatio una vez dominadas.

Esta técnica puede utilizarse para determinar con precisión la frecuencia de emisiones láser intensas en aproximadamente una o dos horas. No olvide que trabajar con láseres infrarrojos e infrarrojos ajenos puede ser extremadamente peligroso, y se deben tomar precauciones que incluyan protección ocular adecuada, ventilación e inspección repetida del equipo, haciendo hincapié en los riesgos eléctricos y de agua, mientras se realiza este procedimiento.