Caractérisation des émissions laser infrarouge lointain et la mesure de leurs fréquences

L’objectif global de cette procédure est de générer un rayonnement laser infrarouge lointain et de mesurer les fréquences des rémissions laser générées à l’aide d’une technique à trois lasers hétérodynes. Ceci est accompli en envoyant d’abord un rayonnement laser de dioxyde de carbone dans une cavité laser infrarouge lointain. La deuxième étape consiste à faire varier les paramètres de fonctionnement des deux cavités laser pour générer un rayonnement laser infrarouge lointain et observer le rayonnement détecté à l’aide d’un oscilloscope.

Ensuite, le rayonnement infrarouge lointain est mélangé à deux fréquences laser de référence au dioxyde de carbone. Ensuite, la fréquence de battement résultante est identifiée. La dernière étape consiste à mesurer plusieurs fréquences de battement pour calculer la fréquence laser infrarouge lointain.

En fin de compte, au cours de cette étude, la technique des trois lasers hétérodynes est utilisée pour mesurer huit fréquences laser infrarouges lointaines générées par le méthane Diora. Pour la première fois, cependant, les résultats de cette méthode peuvent donner un aperçu de la spectroscopie de la molécule laser. Il peut également être appliqué à des systèmes nécessitant des fréquences précises tels que la spectroscopie à haute résolution, la radioastronomie et l’imagerie térahertz.

Préparez-vous à travailler avec des rayonnements laser potentiellement nocifs en portant une protection oculaire appropriée. Cette partie du protocole utilisera un laser à dioxyde de carbone et une cavité laser infrarouge lointain en cuivre poli. Ce schéma donne un aperçu de la façon dont les deux sont disposés.

Le laser à dioxyde de carbone pompera la cavité du laser infrarouge lointain, qui sera remplie de dilu méthane. Pour cette expérience, la sortie laser infrarouge lointaine sera détectée à l’aide d’un détecteur DDE à contact de point métallique isolant métallique. Commencez par travailler avec le laser à dioxyde de carbone réglé sur une transition laser souhaitée ici, neuf R deux huit.

Placez une butée de faisceau à la sortie du laser. Tournez maintenant le cadran micrométrique du laser afin de maximiser l’intensité du faisceau sur la butée du faisceau. De plus, ajustez l’inclinaison de l’étalonnage du laser pour obtenir l’intensité maximale.

Continuez à régler le DIO du micromètre et le calibrage jusqu’à ce que la puissance de sortie du laser à dioxyde de carbone apparaisse optimisée. Lorsque vous avez terminé, retirez la butée de faisceau du chemin. Ensuite, allumez et alignez un hacheur optique dans le trajet du faisceau du laser de pompe.

Prochain départ. Pour préparer la cavité du laser infrarouge lointain, ouvrez la vanne de la bouteille de méthane di fluor pour l’introduire comme fluide dans la cavité. Ajustez la soupape de dosage sur la conduite d’entrée de manière à obtenir une pression d’environ 10 pascals ou 75 milles.

Passez à l’ajustement du miroir de couplage de sortie de la cavité. Utilisez une tige externe fixée au miroir pour régler la position du miroir à environ un centimètre du milieu de la cavité telle que lue sur l’échelle calibrée. Ensuite, assurez-vous que la sortie du détecteur est connectée à un oscilloscope.

Ensuite, préparez-vous à rechercher un rayonnement laser infrarouge lointain sur la cavité infrarouge lointaine. Utilisez le cadran micrométrique calibré pour régler le miroir laser mobile à l’intérieur. Contrôlez simultanément la tension appliquée au transducteur électrique laser pizo à dioxyde de carbone pour régler la fréquence laser.

Lorsqu’une émission laser est trouvée, la forme d’onde de l’oscilloscope passe d’une forme d’onde plate représentant aucune émission à une forme d’onde carrée. Représentant la présence d’une rémission laser infrarouge lointain, la puissance du signal doit être optimisée avant de continuer. Enregistrez ensuite la position du mode de cavité particulier sur le cadran du micromètre.

Tournez le cadran du micromètre dans le sens des aiguilles d’une montre pour trouver le mode suivant. Observez le tracé de l’oscilloscope devenir plat. Ensuite, montrez une autre onde carrée.

Continuez à tourner le cadran dans le sens des aiguilles d’une montre jusqu’à ce qu’un total de 21 modes aient été trouvés. Enregistrez la position finale du cadran et utilisez-le pour trouver la longueur d’onde de l’émission. Pour déterminer les fréquences des lasers infrarouges lointains, utilisez deux lasers de référence au dioxyde de carbone.

Ce schéma représente la configuration complète avec les deux lasers de référence, le laser de pompe et la cavité infrarouge lointaine. La configuration est pour une technique hétérodyne à trois lasers, et les deux lasers de référence sont réglés, de sorte que leur différence de fréquence se situe à quelques gigahertz de la fréquence infrarouge lointaine calculée à partir de la longueur d’onde mesurée. Commencez par une butée de faisceau dans le trajet de coline des lasers de référence.

Travaillez avec la sortie d’un laser de référence et mesurez-la avec un wattmètre. Déplacez lentement le micromètre du laser tout en observant la lecture de puissance et réglez-le sur la position correspondant à la puissance maximale. Une fois réglé, utilisez une clé Allen pour effectuer des réglages précis en modifiant l’inclinaison du nivellement.

Itérez entre les deux pour optimiser la puissance de sortie. Après avoir optimisé la puissance de sortie de chaque laser de référence, ajustez chacun des iris laser. Chaque laser doit fournir environ 100 milliwatts de puissance au wattmètre sur le trajet du faisceau.

Continuez en bloquant le faisceau du laser de la pompe. Remplacez ensuite la butée de faisceau dans le chemin partagé des lasers de référence par un hachoir optique. Surveillez maintenant le signal de l’oscilloscope et travaillez pour maximiser le rayonnement focalisé sur le détecteur.

À partir des lasers de référence. Bloquez le deuxième laser de référence et utilisez une lentille plano convexe pour focaliser le faisceau du premier laser de référence sur le détecteur. Bloquez ensuite la première poutre de référence et débloquez la deuxième poutre de référence.

Ajustez le séparateur de faisceau pour maximiser le signal du deuxième laser de référence sur le détecteur. Pour chaque cas, surveillez l’oscilloscope et arrêtez-vous. Lorsque le signal de crête est optimisé, renvoyez l’arrêt du faisceau à la trajectoire du laser de référence coline.

Retirez la butée de faisceau du laser de la pompe. Surveillez maintenant la puissance de sortie de l’émission infrarouge lointaine sur l’oscilloscope. Dans ce cas, la puissance a déjà été optimisée.

Une fois la puissance optimisée, débranchez le détecteur à diode métallique isolant métallique de l’oscilloscope. Connectez le détecteur via un amplificateur à un analyseur de spectre. À ce stade, retirez toutes les butées de faisceau et les hacheurs optiques de la pompe et des trajets de faisceau de référence.

Ensuite, commencez à rechercher le signal rythmique à l’aide de l’analyseur de spectre, réglez l’analyseur sur une plage de 40 mégahertz et recherchez le signal rythmique par incréments de 1,5 gigahertz. Arrêtez-vous lorsqu’un signal de battement est trouvé. Lorsque le signal est trouvé, commencez à stabiliser les fréquences de référence.

Concentrez-vous sur un laser de référence et appliquez entre zéro et 900 volts à son transducteur électrique pizo afin d’avoir le signal de sa cellule de référence de fluorescence au centre du plongeon de l’agneau, activez un amplificateur de verrouillage pour maintenir le signal au centre de l’agneau. Trempez et répétez les mêmes étapes pour le deuxième laser de référence afin de mesurer la fréquence de battement. Centrez le signal de battement sur l’analyseur de spectre et ajustez son amplitude pour maximiser sa taille sur l’écran.

Réglez l’analyseur de spectre pour qu’il affiche simultanément le signal instantané en bleu et le signal maximum en jaune pour un mode de cavité donné. Tournez le cadran micrométrique sur la cavité du laser infrarouge lointain d’avant en arrière. Observez la courbe de gain produite sur l’analyseur de spectre.

Une fois qu’il est symétrique, utilisez la fonction d’affichage pour figer la trace du signal maximum afin de déterminer le signe de la fréquence de battement. Prenez note du décalage de fréquence des battements lorsque le cadran du micromètre est légèrement tourné dans le sens des aiguilles d’une montre. Pour mesurer le signal de battement de fréquence centrale, placez des marqueurs sur toute la largeur aux points demi-maximum du motif symétrique produit par la trace du maximum.

Utilisez ensuite la fonction de paire d’envergures de l’analyseur de spectre. Voici les fréquences moyennes des lasers infrarouges lointains mesurées pour la première fois avec ce protocole et en utilisant du difluorométhane dans la cavité infrarouge lointaine. Les moyennes sont d’au moins 12 mesures effectuées avec au moins deux ensembles différents de lignes laser de référence de dioxyde de carbone.

Les rangées en surbrillance correspondent aux rémissions laser récemment découvertes. L’évaluation des incertitudes inhérentes au système et une comparaison avec les fréquences précédemment rapportées suggèrent une incertitude fractionnaire d’un sigma de cinq parties sur 10 millions. Les nouvelles rémissions laser ont été observées comme ayant une puissance de l’ordre de 1000e à 100e de milliwatt une fois maîtrisées.

Cette technique peut être utilisée pour déterminer avec précision la fréquence de fortes émissions laser en une heure ou deux environ. N’oubliez pas que travailler avec des lasers infrarouges et infrarouges étrangers peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles qu’une protection oculaire appropriée, une ventilation et une inspection répétée de l’équipement en mettant l’accent sur les dangers électriques et aquatiques doivent être prises lors de l’exécution de cette procédure.