Name: Caratterizzare lontano infrarosso Emissioni laser e la misurazione delle loro frequenze (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Impara a generare radiazioni laser nel lontano infrarosso utilizzando un laser molecolare pompato otticamente con difluorometano CH2F2. Scopri la tecnica eterodina a tre laser per misurare con precisione le frequenze delle emissioni.

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Questo lavoro è stato supportato in parte dal Washington Space Grant Consortium nell'ambito dell'Award NNX10AK64H.

1. Pianificazione di Esperimenti <ol><li> Condurre uno studio della letteratura per valutare il lavoro preliminare eseguito utilizzando il mezzo di laser di interessi, che per questo esperimento è CH 2 F 2. Identificare tutte le emissioni laser noti insieme a tutte le informazioni sulle linee, come la loro lunghezza d&#39;onda e la frequenza. Diverse indagini di emissioni laser noti sono disponibili 13,31 - 37. </li><li> Compilare tutte le indagini spettroscopiche della molecola utilizzata come mezzo di laser con una particolare attenzione alla prima trasformata di Fourier 34 e optoacustica studi 38,39. </li></ol> 2. Le emissioni Generazione lontano infrarosso Laser <ol><li> Panoramica di sicurezza. <ol><li> Sviluppare una procedura operativa standard per il laboratorio che include la protezione per gli occhi quando si lavora con la CO 2 e sistemi laser lontano infrarosso. </li></ol></li><li> Allineamento e calibrazione. <ol><li> Calibrare ogni CO 2 laser utilizzando un analizzatore di spettro reticolo-based progettato per il laser CO 2 secondo il protocollo del produttore. </li><li> Allineate gli specchi finali e lo specchio di accoppiamento nella cavità laser lontano infrarosso utilizzando un laser He-Ne di modo che la loro radiazione è focalizzata sul diodo rivelatore MIM. </li><li> Dirigere la radiazione dal laser CO 2 pompa nella cavità laser lontano infrarosso attraverso una finestra di cloruro di sodio con un angolo di circa 72 o rispetto all&#39;asse della cavità. </li><li> Dirigere la radiazione dai due laser CO 2 con riferimento a ciascuna cella di riferimento loro rispettivi fluorescenza a bassa pressione o co-linearmente sul rivelatore diodo MIM con separatori di fasci e specchi supplementari. </li></ol></li><li> Rilevazione della radiazione laser all&#39;infrarosso lontano. <ol><li> Lucidare la base di nickel ogni diversi giorni con un lucido metallico standard. </li><li> Crimp un filo di tungsteno di 25 micron in un post di rame e piegare il filo nel configurzione mostrata in figura 3. </li><li> Regolare la lunghezza del filo in modo che sia tra 10 e 20 lunghezze d&#39;onda della radiazione da misurare. </li><li> Elettrochimicamente etch la punta del filo in una soluzione di idrossido di sodio satura (NaOH) applicando una tensione (circa 3,5 a 5 VAC) alla soluzione. </li><li> Re-incidere la punta con una bassa tensione (meno di 1 VAC). Questo irruvidisce la punta del filo e migliora le prestazioni del diodo. </li><li> Lavare il filo con acqua distillata. </li><li> Inserire il perno di rame nella scatola del diodo MIM una volta che il filo è asciutta. </li><li> Posizionare il filo a contatto con la base di nickel con un sistema a vite e il livello soddisfacente. Contatti ottenendo una resistenza attraverso il diodo tra 100 e 500 Ω sono utilizzati tipicamente quando rilevare e misurare la radiazione laser all&#39;infrarosso lontano. </li></ol></li><li> Generazione di radiazione laser all&#39;infrarosso lontano. <ol><li> Impostare il laser di pompa CO 2 su una specifica em laserissione, ad es., 9 P 36. </li><li> Ruotare il quadrante del micrometro sul laser di pompa CO 2 avanti e indietro per ottenere la massima intensità sulla battuta fascio. </li><li> Regolare l&#39;inclinazione del reticolo del laser di pompa CO 2 per ottenere la massima intensità sulla battuta fascio. </li><li> Ripetere i punti 2.4.2 e 2.4.3 fino a quando la potenza di uscita per il laser di pompa CO 2 appare ottimizzato sulla battuta fascio. </li><li> Rimuovere la fermata fascio dal percorso del laser pompa CO 2. </li><li> Accendere e allineare l&#39;elicottero ottica nel percorso del raggio del laser pompa CO 2. </li><li> Aprire la valvola della bombola F 2 CH 2 per introdurre il mezzo laser all&#39;infrarosso lontano nella cavità laser lontano infrarosso. </li><li> Regolare la valvola di dosaggio sulla linea di ingresso fino ad una pressione di circa 10 Pa è raggiunto. Nota: Solo la pressione approssimativa è necessaria poiché viene usato come un modo di scansione laser sistematicamente lontano infrarosso cavity. </li><li> Impostare la posizione dell&#39;accoppiatore di uscita in modo che la sua punta più esterna è di circa 1 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna della cavità laser. Nota: Solo la posizione approssimativa è necessaria in quanto viene utilizzato come un modo di scansione sistematicamente cavità laser lontano infrarosso. </li><li> Regolare la posizione del mobile specchio laser lontano infrarosso in circa 0,25 mm con incrementi ruotando la ghiera micrometrica calibrato avanti e indietro. Contemporaneamente sintonizzare la frequenza del laser CO 2 pompa attraverso la sua curva di guadagno cambiando la tensione applicata ai capi del trasduttore piezoelettrico laser di pompa CO 2 (PZT). </li><li> Se nessun segnale viene osservata sul display dell&#39;oscilloscopio, ripetere passo 2.4.10 con l&#39;accoppiatore uscita spostata nella posizione successiva in cui la punta è circa 1,5 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna del laser cavità. </li><li> Se nessun segnale viene osservata sul display dell&#39;oscilloscopio, ripetere passo 2.4.10 con l&#39;accoppiatore uscita spostata nella posizione successiva in cui la punta è di circa 2 cm dal centro della cavità laser come indicato da una scala graduata sulla parte esterna del laser cavità. </li><li> Se nessun segnale si osserva sul display dell&#39;oscilloscopio, ripetere i punti 2.4.9 attraverso 2.4.12 con una pressione laser lontano infrarosso di circa 19 Pa come regolata con la valvola di dosaggio sulla linea di aspirazione. </li><li> Se nessun segnale si osserva sul display dell&#39;oscilloscopio, ripetere i punti 2.4.9 attraverso 2.4.12 con una pressione laser lontano infrarosso di circa 27 Pa come regolata con la valvola di dosaggio sulla linea di aspirazione. </li><li> Se nessun segnale viene osservata sul display dell&#39;oscilloscopio, inserire la fermata fascio nel percorso del laser di pompa CO 2 e chiudere la valvola sul CH 2 F 2 cilindro finché la pressione laser lontano infrarosso è di circa 0 Pa. </li><li> Impostare la pompa di CO 2laser per il prossimo emissione laser, ad esempio, 9 P 34, e ottimizzare la potenza di uscita utilizzando i passi 2.4.2 attraverso 2.4.4. </li><li> Ripetere i passaggi 2.4.5 attraverso 2.4.16 fino a quando vengono utilizzate tutte le emissioni generate dal laser pompa CO 2. Durante la ricerca di linee laser lontano infrarosso, mettere un focus sulle emissioni di CO 2 laser di pompa le cui frequenze si sovrappongono con qualsiasi regioni di assorbimento identificati nella fase 1.2. </li></ol></li><li> Caratterizzare emissioni laser lontano infrarosso. <ol><li> Contemporaneamente regolare la pressione del mezzo laser lontano infrarosso, la tensione applicata al PZT del laser di pompa CO 2, e la posizione del accoppiatore uscita finché è massimizzato potenza della emissione laser lontano infrarosso (determinato da un picco-to massima segnale di picco del diodo rivelatore MIM come osservato sul display dell&#39;oscilloscopio, simile alla figura 4). </li><li> Girare la manopola del micrometro in senso orario fino alla emissione laser lontano infrarosso si osservail display dell&#39;oscilloscopio. Registrare la posizione del comparatore. </li><li> Girare la manopola micrometrica in senso orario per altri 20 modi corrispondenti allo stesso emissione laser lontano infrarosso. Registrare la posizione del comparatore. </li><li> Sottrarre la posizione del quadrante del micrometro in passi 2.5.2 e 2.5.3. Dividere questa differenza per 10 per ottenere la lunghezza d&#39;onda dell&#39;emissione laser lontano infrarosso. </li><li> Ripetere passaggi 2.5.2 2.5.4 attraverso un totale di cinque volte e la lunghezza d&#39;onda media dell&#39;emissione laser lontano infrarosso. Lunghezze d&#39;onda laser medi misurati attraversando almeno 20 modi longitudinali adiacenti hanno una incertezza uno-sigma di ± 0,5 micron. </li><li> Misurare la polarizzazione della radiazione laser all&#39;infrarosso lontano, rispetto alla radiazione di pompa CO 2, utilizzando un polarizzatore oro a griglia metallica (394 linee / cm) o un polarizzatore Brewster. </li></ol></li></ol> 3. Determinazione lontano infrarosso Frequenze Laser <ol><li> Identificareing le emissioni di CO 2 laser di riferimento. <ol><li> Calcolare la frequenza dell&#39;emissione laser lontano infrarosso basato su sua lunghezza d&#39;onda misurata. </li><li> Identificare serie di CO 2 linee laser di riferimento la cui differenza di frequenza è in qualche gigahertz della frequenza calcolato per l&#39;emissione laser lontano infrarosso 40. Un elenco tipico utilizzato per tali misurazioni è riportata nella Tabella 1. </li></ol></li><li> Ricerca del segnale di battimento eterodina. <ol><li> Identificare la prima serie di linee laser CO 2 di riferimento e impostare ciascun CO 2 laser di riferimento sui rispettivi emissione laser. </li><li> Ottimizzare la potenza di uscita per ogni laser CO 2 di riferimento utilizzando passaggi 2.4.2 tramite 2.4.4 e il misuratore di potenza del monitor. <ol><li> Regolare un&#39;iride, interno o esterno di ciascun laser di riferimento, in modo che la potenza di ciascun CO 2 laser di riferimento è di circa 100 mW misurata dal misuratore di potenza del monitor mostrato inFigura 2. </li></ol></li><li> Bloccare la radiazione dal laser pompa CO 2 utilizzando una fermata fascio mentre sbloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento. </li><li> Accendere e allineare l&#39;elicottero ottica nel percorso ottico co-lineare dei laser CO 2 di riferimento. </li><li> Ottimizza per massima tensione picco-picco di ciascun CO 2 emissione laser riferimento diodo rivelatore MIM usando diversi specchi, divisori di fascio, ed una lente piano-convessa lunghezza ZnSe focale 2.54 cm osservando l&#39;uscita sull&#39;oscilloscopio, simile alla figura 5 . </li><li> Bloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento utilizzando una fermata fascio mentre sbloccare la radiazione dal laser pompa CO 2. </li><li> Re-ottimizzare il laser di pompa CO 2 e il laser lontano infrarosso, se necessario, in modo che l&#39;emissione laser lontano infrarosso ha una massima tensione di picco-picco come osservato sull&#39;oscilloscopio. </li><li> Scollegare tha MIM uscita del diodo rivelatore dall&#39;oscilloscopio e collegarlo a un amplificatore la cui uscita è osservato su un analizzatore di spettro. </li><li> Sbloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento. </li><li> Rimuovere gli elicotteri ottici che modulano la pompa e di riferimento laser CO 2. </li><li> Impostare l&#39;analizzatore di spettro su un arco di 40 MHz e cercare il segnale di battimento con incrementi di 1,5 GHz attraverso la scansione manualmente questa gamma di frequenza con la manopola di regolazione del analizzatore di spettro. </li><li> Se nessun segnale di battimento si osserva, scollegare l&#39;uscita del diodo MIM dall&#39;amplificatore e collegarlo all&#39;oscilloscopio. </li><li> Bloccare la radiazione dal CO 2 laser di riferimento e reinserire l&#39;elicottero ottica nel percorso del laser pompa CO 2. </li><li> Ripetere i passaggi attraverso 3.2.2 3.2.13 necessaria fino a quando l&#39;analizzatore di spettro è stato usato per ricercare il segnale di battimento tra 0 e 12 GHz. </li><li> Se nessun segnale di battimento si osserva, repea passi 3.2.2 attraverso 3.2.14, con un altro gruppo di CO 2 linee laser di riferimento fino a quando il segnale di battimento si osserva o tutti i possibili insiemi di linee laser CO2 di riferimento sono esauriti. </li></ol></li><li> Stabilizzare le frequenze di riferimento di CO 2. <ol><li> Applicare una tensione compresa tra 0 e 900 V al PZT primo CO 2 del laser di riferimento in modo che il segnale dalla rispettiva cella di riferimento fluorescenza è al centro del dip Lamb, illustrata in figura 6 e come visualizzato su un oscilloscopio come in Figura 7. </li><li> Attivare la tensione di retroazione applicata al PZT primo CO 2 del laser di riferimento utilizzando un / servo amplificatore lock-in su misura in modo che rimanga bloccato al centro del dip Lamb. </li><li> Ripetere i punti 3.3.1 e 3.3.2 per il secondo laser CO 2 di riferimento. </li><li> Visivamente monitorare l&#39;uscita del pre-amplificatore su un oscilloscopio, come in figura 7, a enche i laser di riferimento rimane bloccato. </li></ol></li><li> Misura della frequenza di battimento. <ol><li> Centro il segnale di battimento sul display analizzatore di spettro e regolare l&#39;ampiezza di massimizzare la sua dimensione sul display. </li><li> Impostare l&#39;analizzatore di spettro per visualizzare due tracce simultanee del segnale di battimento, come nella figura 8, selezionando la funzione Write sereno sia per Traccia 1 e Traccia 2. Una traccia visualizzerà il segnale istantaneo mentre l&#39;altro registrare il segnale massimo (usando una funzione Attesa Max sull&#39;analizzatore di spettro per la seconda traccia). </li><li> Ruotare il quadrante del micrometro sulla cavità laser lontano infrarosso avanti e indietro attraverso la curva di guadagno per una data modalità cavità. </li><li> Utilizzare la funzione Visualizza sulla analizzatore di spettro di congelare il secondo (Max Hold) traccia una volta si ottiene un modello simmetrico. </li><li> Ruotare leggermente la manopola micrometrica in senso orario per diminuire la lunghezza della cavità laser lontano infrarosso. Osservare simultaneamente i sottotitoliEquent piccolo spostamento della frequenza di battimento sul analizzatore di spettro a causa di questo leggero aumento della frequenza del laser all&#39;infrarosso lontano. </li><li> Posizionare i marcatori alla larghezza a metà massimo dei punti del modello simmetrico (traccia Max Hold) utilizzando la funzione di indicatore con la funzione Delta sul analizzatore di spettro. </li><li> Misurare la frequenza centrale del segnale di battimento utilizzando la funzione Span Pair sull&#39;analizzatore di spettro. </li><li> Ripetere i passaggi 3.4.1 tramite 3.4.7. </li><li> Sbloccare il blocco amplificatore / servo per ogni CO 2 laser di riferimento per sbloccare ogni laser dalla sua frequenza centrale e ri-ottimizzare ogni laser CO 2 di riferimento. </li><li> Ribloccare i laser di riferimento utilizzando passaggi 3.3.1 tramite 3.3.4. </li><li> Ripetere i passaggi 3.4.1 attraverso 3.4.10, per un totale di 6 misurazioni. Una volta completata, sbloccare ogni laser CO 2 di riferimento dalla sua frequenza centrale. </li><li> Calcolare la frequenza riveduta della emissione laser lontano infrarosso utilizzando questi battito frequenze per ottenere una previsione accurata per la seconda serie di linee laser CO 2 di riferimento. </li><li> Identificare un diverso insieme di linee laser CO 2 di riferimento la cui differenza di frequenza è entro qualche gigahertz della frequenza calcolata per l&#39;emissione laser lontano infrarosso. </li><li> Ottimizzare la prossima serie di CO 2 linee laser di riferimento sul diodo rivelatore MIM e ottenere il segnale di battimento con passaggi 3.2.2 attraverso 3.2.15, se necessario. </li><li> Bloccare la nuova serie di linee di CO 2 laser di riferimento utilizzando passaggi 3.3.1 tramite 3.3.4. </li><li> Ripetere i passaggi 3.4.1 attraverso 3.4.10, per un totale di 6 misurazioni. Una volta completata, sbloccare ogni laser CO 2 di riferimento dalla sua frequenza centrale. </li><li> Fascio Inserire ferma nei sentieri della pompa e di riferimento laser CO 2. </li></ol></li><li> Calcolo della frequenza del laser lontano infrarosso. <ol><li> Calcolare la frequenza del laser lontano infrarosso sconosciuto, ν FIR, utilizzando la misurato esserealla frequenza attraverso la relazione FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | battito ν | Eq. 1 dove | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | è la grandezza della differenza di frequenza sintetizzato dalle due CO 2 laser di riferimento e | battito ν | è l&#39;ampiezza della frequenza di battimento. Il segno ± nell&#39;eq. 1 è determinato in via sperimentale a partire dal punto 3.4.5. </li><li> Ottenere una frequenza media e calcolare ilincertezza. </li></ol></li></ol>

Alcune attrezzature commerciali sono identificate in questo documento per favorire la comprensione. Tale identificazione non implica una raccomandazione o un'approvazione da parte degli autori, né implica che l'attrezzatura identificata sia necessariamente la migliore disponibile per lo scopo.

Ci sono diversi passaggi critici all&#39;interno del protocollo che richiedono una discussione supplementare. Quando si misura la lunghezza d&#39;onda del laser all&#39;infrarosso lontano, come descritto nel passaggio 2.5.3, è importante garantire la stessa modalità dell&#39;emissione laser lontano infrarosso viene utilizzato. Modalità multiple di una lunghezza d&#39;onda laser lontano infrarosso (cioè, TEM 00, TEM 01, etc.) possono essere generati all&#39;interno della cavità laser e quin...

La misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso fu eseguita da Hocker e collaboratori nel 1967. Hanno misurato le frequenze per i 311 e 337 micron emissioni dal-scarico diretto laser acido cianidrico mescolandoli con armoniche di ordine elevato di un segnale a microonde in un diodo al silicio 1. Per misurare frequenze superiori, una catena di laser e dispositivi di miscelazione armonici sono stati utilizzati per generare le armoniche laser 2. Alla fine due stabilizzato anidride carbonica (CO 2) laser sono stati scelti per sintetizzare la differenza necessaria frequenze 3,4. Oggi, frequenze laser all&#39;infrarosso lontano fino a 4 THz può essere misurata con questa tecnica utilizzando solo la prima armonica della frequenza differenza generato da due stabilizzate CO 2 laser di riferimento. Elevate emissioni laser frequenza possono anche essere misurati usando la seconda armonica, come le emissioni laser 9 THz dal isotopologhi metanolo CHD 2 OH e CH 3 </sub&gt; 18 OH. 5,6 Nel corso degli anni, la misurazione accurata delle frequenze laser ha inciso una serie di esperimenti scientifici 7,8 e permesso l&#39;adozione di una nuova definizione del metro dalla Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure a Parigi nel 1983. 9 - 11 Eterodina tecniche, come quelle descritte, sono state estremamente utile nella misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso generati dai laser pompati otticamente molecolari. Dalla scoperta del laser molecolare pompaggio ottico da Chang e ponti 12, migliaia di pompaggio ottico emissioni laser lontano infrarosso sono stati generati con una varietà di mezzi laser. Ad esempio, difluorometano (CH 2 F 2) e suoi isotopologhi generano oltre 250 emissioni laser quando pompaggio ottico da un laser CO 2. Loro lunghezze d&#39;onda vanno da circa 95,6-1714,1 micron 13. - </sup&gt; 15 Quasi il 75% di queste emissioni laser hanno avuto le loro frequenze misurate, mentre molti sono stati assegnati spettroscopicamente 16-18. Questi laser, e le loro frequenze, esattamente misurata, hanno svolto un ruolo cruciale nel progresso della spettroscopia ad alta risoluzione. Essi forniscono informazioni importanti per gli studi spettrali infrarossi dei gas laser. Spesso queste frequenze laser sono utilizzati per verificare l&#39;analisi degli spettri infrarossi e lontano infrarosso perché forniscono connessioni tra i livelli eccitati stato vibrazionale che spesso sono direttamente accessibili da spettri di assorbimento 19. Essi servono anche come fonte di radiazione primaria per gli studi che indagano transitori, i radicali liberi di breve durata con la tecnica laser a risonanza magnetica 20. Con questa tecnica estremamente sensibile, rotazione e ro-vibrazionale spettri Zeeman negli atomi paramagnetici, molecole e ioni molecolari può essere recorded e analizzato con la capacità di indagare le velocità di reazione utilizzate per creare questi radicali liberi. In questo lavoro, un laser molecolare pompaggio ottico, mostrato in figura 1, è stato utilizzato per generare radiazione laser all&#39;infrarosso lontano da difluorometano. Questo sistema è composto da un onda continua (cw) CO 2 laser di pompa ed una cavità laser lontano infrarosso. Uno specchio interna alla cavità laser lontano infrarosso reindirizza la radiazione laser CO 2 nel tubo di rame lucido, subendo ventisei riflessioni prima di terminare alla fine della cavità, spargendo qualsiasi radiazione di pompa residua. Pertanto, il mezzo di laser lontano infrarosso è eccitato con una geometria di pompaggio trasversale. Per generare azione del laser, diverse variabili vengono regolati, alcuni simultaneamente, e tutte sono poi ottimizzati volta radiazione laser è osservata. In questo esperimento, la radiazione laser all&#39;infrarosso lontano è monitorata da un metallo-insutore-metallo (MIM) punto di contatto diodo rivelatore. Il rivelatore diodo MIM è stato usato per misure di frequenza laser dal 1969. 21 - 23 In misure di frequenza laser, il rivelatore diodo MIM è un mixer armonico tra due o più sorgenti di radiazione incidente sul diodo. Il rivelatore diodo MIM è costituito da un filo di tungsteno affilato contatto con un base di nickel otticamente lucidato 24. La base nichel ha un naturale strato di ossido sottile che è lo strato isolante. Una volta che una emissione laser è stato rilevato, la sua lunghezza d&#39;onda, polarizzazione, forza e pressione di esercizio ottimizzati sono stati registrati mentre la sua frequenza è stata misurata utilizzando tre laser eterodina tecnica 25 - 27 secondo il metodo descritto originariamente in Ref. 4. La Figura 2 mostra il laser molecolare pompaggio ottico con due ulteriori cw CO 2 laser di riferimento avente sta frequenza indipendentisistemi bilization che utilizzano il tuffo Agnello nel segnale di fluorescenza 4.3 micron da una cella di riferimento, a bassa pressione esterna 28. Questo manoscritto descrive il processo utilizzato per la ricerca di emissioni laser all&#39;infrarosso lontano e metodo per la stima loro lunghezza d&#39;onda e nel determinare con precisione la loro frequenza. Specifiche relative alla tecnica eterodina tre laser così come i vari componenti ei parametri operativi del sistema possono essere trovati in riferimento Tabella A con riferimenti 4, 25-27, 29 e 30.

<table><tbody><tr><td>Pompa a vuoto</td><td>Leybold</td><td>Trivac D4A</td><td>HE-175 olio; Quantità = 3</td></tr><tr><td>Pompa per vuoto</td><td>Leybold</td><td>Trivac D8B o D16B</td><td>Fomblin Fluid; Quantità = 1 di ogni</td></tr><tr><td>Pompa per vuoto</td><td>Leybold</td><td>Trivac D25B</td><td>HE-175 olio; Quantità = 1</td></tr><tr><td>Chopper ottico con controller</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR540</td><td></td></tr><tr><td>Amplificatore lock-in</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di spettro</td><td>Agilent</td><td>E4407B</td><td>ESA-E, amplificatore analizzatore di spettro da 9 kHz a 26,5 GHz</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Miteq</td><td>AFS-44</td><td>Fornisce l'amplificazione dei segnali tra 2 e 18 GHz. L'amplificatore è alimentato da un alimentatore CC a tripla uscita Hewlett Packard, modello E3630A.</td></tr><tr><td>Amplificatore&nbsp;</td><td>Avantek</td><td>AWL-1200B</td><td>Fornisce l'amplificazione di segnali inferiori a 1,2 GHz.</td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>Hewlett Packard</td><td>E3630A</td><td>Alimentatore DC a bassa tensione per amplificatore.</td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>Glassman</td><td>KL Series</td><td>Alimentatore ad alta tensione per laser CO2; Quantità = 2; polarità negativa</td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>Fluke</td><td>412B</td><td>Alimentatore ad alta tensione utilizzato con il rivelatore di amplificatori HV asimmetrico NIST</td></tr><tr><td></td><td>Judson Infrared Inc</td><td>J10D</td><td>Per cella a fluorescenza; Quantità = 2</td></tr><tr><td>analizzatori di spettro laser CO2</td><td>Ingegneria ottica&nbsp;</td><td>16-A</td><td>Attualmente venduto da Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Piastre termometriche a luce UV</td><td>Optical Engineering&nbsp;</td><td></td><td>Utilizzato principalmente per l'allineamento dei laser di riferimento CO2. Attualmente venduto da Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Resistori</td><td>Ohmite&nbsp;</td><td>L225J100K</td><td>100 kW, 225 W. In ogni sistema di zavorra vengono utilizzate da 4 a 6 resistenze. Ogni laser CO2 ha il proprio sistema di zavorra. Le ventole vengono utilizzate per raffreddare le resistenze.</td></tr><tr><td>Relè AT, SPDT</td><td>CII Technologies</td><td>H-17</td><td>Quantità = 3; uno per ogni amplificatore laser CO2</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Princeton Applied Research</td><td>PAR 113</td><td>Utilizzato con cella a fluorescenza; Quantità = 2</td></tr><tr><td>Oscilloscopio</td><td>Tektronix</td><td>2235A</td><td>Vengono utilizzati anche modelli simili; Quantità = 2</td></tr><tr><td>Oscilloscopio/Amplificatore differenziale</td><td>Oscilloscopio Tektronix</td><td>7903 con amplificatore</td><td></td>differenziale 7A22</tr><tr><td>Misuratore di potenza con sensore</td><td>Coerente</td><td>200</td><td>Per uso inferiore a 10 W. Questo è il misuratore di potenza mostrato nella Figura 2.</td></tr><tr><td>Misuratore di potenza con sensore</td><td>Scientech, Inc</td><td>Vector S310</td><td>Per l'uso inferiore a 30 W</td></tr><tr><td>Multimetro</td><td>Fluke</td><td>73III</td><td>Vengono utilizzati anche modelli simili; Quantità = 3</td></tr><tr><td>Acquisizione dati</td><td>Chassis NI cDAQ 9174 di National Instruments con modulo di input NI 9223</td><td>Utilizza il software LabVIEW</td><td></td></tr><tr><td>Simichrome polish</td><td>Happich GmbH</td><td></td><td>Polish per la base di nichel utilizzata nel rivelatore di diodi MIM. Sebbene la base di nichel possa essere utilizzata immediatamente dopo la lucidatura, in genere si consiglia un tempo di consegna di 12 ore.</td></tr><tr><td>Manometro</td><td>Wallace e Tiernan</td><td>61C-1D-0050</td><td>Serie 300; per laser CO2; Quantità = 3</td></tr><tr><td>Manometro con controller</td><td>Granville Phillips</td><td>Serie 375</td><td>Per laser a infrarossi lontani</td></tr><tr><td>Feltro di ossido di zirconio</td><td>Zircar Feltro di zirconia</td><td>ZYF</td><td>Utilizzato come fermatore di fascio</td></tr><tr><td>Pannello di ossido di zirconio</td><td>Zircar Pannello</td><td>ZYZ-3</td><td>Utilizzato come arresto del raggio; Quantità = 4</td></tr><tr><td>fogli di teflon</td><td>Scientific Commodities, Inc</td><td>BB96312-1248</td><td>1/32 pollici di spessore; utilizzato per la finestra di uscita del laser a infrarossi lontani</td></tr><tr><td>Protezioni per fogli C-Line in</td><td>polipropilene</td><td>61003</td><td>utilizzati per la finestra di uscita del laser a infrarossi lontani</td></tr><tr><td>Grasso sottovuoto</td><td>Apiezon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>Kepco</td><td>NTC 2000</td><td>PZT</td></tr><tr><td>tubo PZT</td><td>Morgan Advanced Materials</td><td></td><td>1 pollice di lunghezza, 1 pollice di diametro esterno, 0,062 pollici di spessore, polarità inversa (tensione positiva all'esterno); Quantità = 3</td></tr><tr><td>ZnSe (rivestite AR)</td><td>II-VI Inc</td><td></td><td>CO2 finestra laser (Quantità = 3), lente e divisore di fascio (Quantità 3)</td></tr><tr><td>Finestra NaCl</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Quantità = 1</td></tr><tr><td>finestra CaF</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Quantità = 2</td></tr><tr><td>Specchi e griglie laser</td><td>Hyperfine, Inc</td><td></td><td>Rivestimento in oro; include specchi di posizionamento</td></tr><tr><td>Tubi laser in vetro e celle di riferimento</td><td>Allen Scientific Glass</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MIM diode detector</td><td>Custom Microwave, Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Altri</td><td></td><td></td><td>materiali includono basi magnetiche, piastre di base, morsetti di base, stadio di traslazione XYZ, ecc.</td></tr></tbody></table>

caratterizzare lontano infrarosso emissioni laser e la misurazione delle loro frequenze

Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

La generazione e successiva misura della radiazione all&#39;infrarosso lontano ha trovato numerose applicazioni in spettroscopia ad alta risoluzione, radio astronomia, e di imaging Terahertz. Per circa 45 anni, la generazione di coerenza, radiazioni all&#39;infrarosso lontano è stato realizzato utilizzando il laser molecolare pompaggio ottico. Una volta rilevata la radiazione laser all&#39;infrarosso lontano, le frequenze di queste emissioni laser sono misurate usando una tecnica eterodina tre laser. Con questa tecnica, la frequenza sconosciuta del laser molecolare pompaggio ottico è mescolato con la differenza di frequenza tra due frequenze di riferimento, stabilizzati infrarossi. Queste frequenze di riferimento vengono generati da laser di biossido di carbonio indipendenti, ciascuna stabilizzato utilizzando il segnale di fluorescenza da una cella di riferimento bassa pressione esterna. Il battito risultante tra le note e sconosciute frequenze laser è monitorato da un punto di contatto diodo rivelatore metallo-isolante-metallo la cui uscita è osservato su una specificaanalizzatore trum. La frequenza di battimento tra queste emissioni laser viene successivamente misurata e combinato con le frequenze di riferimento noti per estrapolare la frequenza del laser lontano infrarosso sconosciuta. La risultante di un sigma incertezza frazionata per frequenze laser misurata con questa tecnica è di ± 5 parti in 10 7. Determinare accuratamente la frequenza delle emissioni laser lontano infrarosso è critico in quanto sono spesso utilizzati come riferimento per altre misure, come in alto indagini spettroscopiche -Risoluzione dei radicali liberi con laser a risonanza magnetica. Nell&#39;ambito di questa indagine, difluorometano, CH 2 F 2, è stato utilizzato come mezzo di laser lontano infrarosso. In tutto, otto frequenze laser lontano infrarosso sono stati misurati per la prima volta con frequenze che vanno da 0.359 al 1.273 THz. Tre di queste emissioni laser sono stati scoperti durante questa indagine e presentate con la loro pressione di esercizio ottimale, polarizzazione rispetto al CO 2 </sub&gt; pompa di laser, e la forza.

Come accennato, la frequenza riportata di emissione laser lontano infrarosso è una media di almeno dodici misure effettuate con almeno due diversi insiemi di CO linee laser 2 di riferimento. La Tabella 2 illustra i dati registrati per l&#39;emissione 235.5 micron laser utilizzando la 9 P 04 CO 2 laser della pompa. Per questa emissione laser lontano infrarosso, sono state registrate quattordici misurazioni individuali della frequenza di battimento. La prima serie di misure ...

Descriviamo la generazione di radiazioni nel lontano infrarosso utilizzando un laser molecolare pompato otticamente insieme alla misurazione delle loro frequenze con tecniche eterodina. Il sistema e le tecniche sperimentali sono dimostrati utilizzando il difluorometano (CH2, F2) come mezzo laser, i cui risultati includono tre nuove emissioni laser e otto frequenze laser misurate.

Caratterizzare lontano infrarosso Emissioni laser e la misurazione delle loro frequenze

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

L'obiettivo generale di questa procedura è generare una radiazione laser nell'infrarosso lontano e misurare le frequenze delle emissioni laser prodotte mediante una tecnica eterodina a tre laser. Questo risultato si ottiene innanzitutto inviando una radiazione laser al biossido di carbonio all'interno di una cavità laser per l'infrarosso lontano. Il secondo passaggio consiste nel variare i parametri operativi di entrambe le cavità laser per generare una radiazione laser nell'infrarosso lontano e osservare la radiazione rilevata mediante un oscilloscopio.Successivamente, la radiazione nell'infrarosso lontano viene mescolata con due frequenze di riferimento di un laser al biossido di carbonio. Quindi viene identificata la frequenza di battimento risultante. L'ultimo passaggio consiste nel misurare più frequenze di battimento per calcolare la frequenza del laser nell'infrarosso lontano.In definitiva, durante questa indagine, la tecnica eterodina a tre laser viene utilizzata per misurare otto frequenze laser nell'infrarosso lontano generate dal metano Diora. Per la prima volta, tuttavia, i risultati ottenuti con questo metodo possono fornire informazioni sulla spettroscopia della molecola laser. Il metodo può inoltre essere applicato a sistemi che richiedono frequenze precise, come la spettroscopia ad alta risoluzione, l'astronomia radio e l'imaging in banda terahertz.Immagini Prepararsi a lavorare con radiazioni laser potenzialmente dannose indossando un'adeguata protezione oculare. Questa parte del protocollo utilizzerà un laser a biossido di carbonio e una cavità laser a infrarossi lontani in rame lucidato. Questo schema fornisce una panoramica del modo in cui i due componenti sono disposti.Il laser a biossido di carbonio pomperà la cavità del laser a infrarossi lontani, che sarà riempita con metano diluito. Per questo esperimento, l'uscita del laser a infrarossi lontani verrà rilevata mediante un rivelatore DDE a contatto puntiforme metallo-isolante-metello. Iniziare lavorando con il laser a biossido di carbonio impostato su una transizione laser desiderata, in questo caso la riga 9 R 28.Posizionare un blocco del fascio all'uscita del laser. Ruotare ora la manopola micrometrica del laser per massimizzare l'intensità del fascio sul blocco. Inoltre, regolare l'inclinazione del reticolo del laser per ottenere l'intensità massima.Continuare a regolare il micrometro DIO e il grading finché la potenza in uscita del laser a biossido di carbonio non appare ottimizzata. Al termine, rimuovere il blocco del fascio dal percorso. Quindi accendere e allineare un chopper ottico nel percorso del fascio del laser di pompaggio.Successivamente, iniziare. Per preparare la cavità del laser a infrarossi lontani, aprire la valvola della bombola di difluorometano per introdurla come mezzo all'interno della cavità. Regolare la valvola di misurazione sulla linea di ingresso in modo da raggiungere una pressione di circa 10 pascal o 75 millitorr.Passare a regolare lo specchio di accoppiamento in uscita della cavità. Utilizzare un'asta esterna collegata allo specchio per posizionare lo specchio a circa un centimetro dal centro della cavità, in base alla scala calibrata. Successivamente, assicurarsi che l'uscita del rivelatore sia collegata a un oscilloscopio.Quindi prepararsi a cercare la radiazione laser nell'infrarosso lontano sulla cavità per l'infrarosso lontano. Utilizzare il quadrante micrometrico calibrato per regolare lo specchio laser mobile all'interno. Controllare contemporaneamente la tensione applicata al trasduttore piezoelettrico del laser a biossido di carbonio per sintonizzare la frequenza del laser.Quando si osserva un'emissione laser, l'onda visualizzata sull'oscilloscopio passerà da una forma piatta, che rappresenta l'assenza di emissione, a un'onda quadra. Dopo aver rilevato la presenza di un'emissione laser nell'infrarosso lontano, si dovrà ottimizzare la potenza del segnale prima di procedere. Successivamente, registrare la posizione della particolare modalità della cavità sul quadrante del micrometro.Ruotare la ghiera del micrometro in senso orario per individuare la modalità successiva. Osservare il tracciato dell'oscilloscopio appiattirsi. Quindi mostrare un'altra onda quadra.Continuare a ruotare la manopola in senso orario fino a quando non sono stati individuati un totale di 21 modi. Registrare la posizione finale della manopola e utilizzarla per determinare la lunghezza d'onda dell'emissione. Per determinare le frequenze del laser a infrarosso lontano, utilizzare due laser a biossido di carbonio come riferimento.Questo schema rappresenta l'intera configurazione con i due laser di riferimento, il laser pompa e la cavità a infrarosso lontano. La configurazione è destinata a una tecnica eterodina a tre laser, e i due laser di riferimento sono regolati in modo che la loro differenza di frequenza sia entro alcuni gigahertz dalla frequenza a infrarosso lontano calcolata a partire dalla lunghezza d'onda misurata. Iniziare posizionando un blocco del fascio sul percorso collineare dei laser di riferimento.Lavorare con l'uscita di un laser di riferimento e misurarla con un misuratore di potenza. Spostare lentamente il micrometro del laser osservando la lettura della potenza e regolarlo sulla posizione corrispondente alla potenza massima. Una volta impostata, utilizzare una chiave esagonale per effettuare regolazioni fini modificando l'inclinazione della griglia.Alterna tra i due per ottimizzare la potenza in uscita. Dopo aver ottimizzato la potenza in uscita di ciascun laser di riferimento, regola ogni diaframma del laser. Ciascun laser dovrebbe fornire circa 100 milliwatt di potenza al misuratore di potenza nel percorso del fascio.Continuare bloccando il fascio del laser pompa. Quindi sostituire il blocco del fascio nel percorso condiviso dei laser di riferimento con un chopper ottico. Ora monitorare il segnale dell'oscilloscopio e agire per massimizzare la radiazione focalizzata sul rivelatore.Dai laser di riferimento. Bloccare il secondo laser di riferimento e utilizzare una lente piano-convessa per focalizzare il fascio del primo laser di riferimento sul rivelatore. Successivamente, bloccare il primo fascio di riferimento e sbloccare il secondo fascio di riferimento.Regolare lo splitter del fascio per massimizzare il segnale proveniente dal secondo laser di riferimento sul rivelatore. Per ogni caso, osservare l'oscilloscopio e fermarsi. Una volta ottimizzato il segnale massimo, riposizionare lo schermo del fascio sul percorso del laser di riferimento colineare.Rimuovere il blocco del fascio dal laser di pompaggio. Ora monitorare l'uscita di potenza dell'emissione nell'infrarosso lontano sull'oscilloscopio. In questo caso, la potenza è già stata ottimizzata.Una volta ottimizzata la potenza, scollegare il rivelatore a diodo metallo-isolante-metello dall'oscilloscopio. Collegare il rivelatore, tramite un amplificatore, a un analizzatore di spettro. A questo punto, rimuovere tutti i fermi del fascio e i chopper ottici dai percorsi del fascio di pompaggio e di riferimento.Successivamente, iniziare a cercare il segnale di battimento utilizzando l'analizzatore di spettro, impostare l'analizzatore su una larghezza di banda di 40 megahertz e cercare il segnale di battimento a incrementi di 1,5 gigahertz. Fermarsi quando viene trovato un segnale di battimento. Quando il segnale viene individuato, iniziare a stabilizzare le frequenze di riferimento.Concentrarsi su un laser di riferimento e applicare una tensione compresa tra zero e 900 volt al suo trasduttore piezoelettrico in modo da posizionare il segnale della sua cella di riferimento a fluorescenza al centro della depressione di Lamb; attivare un amplificatore a sincronismo per mantenere il segnale al centro della depressione di Lamb. Ripetere le stesse operazioni per il secondo laser di riferimento al fine di misurare la frequenza di battimento. Centrare il segnale di battimento sull'analizzatore di spettro e regolarne l'ampiezza per massimizzarne le dimensioni sul display.Impostare l'analizzatore di spettro in modo da mostrare contemporaneamente il segnale istantaneo in blu e il segnale massimo in giallo per una data modalità della cavità. Ruotare avanti e indietro la manopola micrometrica della cavità del laser a infrarosso lontano. Osservare la curva di guadagno prodotta sull'analizzatore di spettro.Una volta che il segnale è simmetrico, utilizzare la funzione di visualizzazione per congelare la traccia del segnale massimo e determinare il segno della frequenza di battimento. Osservare lo spostamento della frequenza di battimento mentre la manopola del micrometro viene ruotata leggermente in senso orario. Per misurare la frequenza centrale del segnale di battimento, posizionare dei marcatori ai punti corrispondenti alla larghezza a metà altezza massima del modello simmetrico prodotto dalla traccia del massimo.Quindi utilizzare la funzione di coppia di picchi dell'analizzatore di spettro. Di seguito sono riportate le frequenze medie del laser a infrarosso lontano misurate per la prima volta con questo protocollo e utilizzando metano difluorato nella cavità a infrarosso lontano. Le medie sono calcolate su almeno 12 misurazioni effettuate con almeno due diversi insiemi di linee laser di riferimento al biossido di carbonio.Le righe evidenziate corrispondono a nuove emissione laser scoperte di recente. La valutazione delle incertezze intrinseche del sistema e il confronto con le frequenze precedentemente riportate suggeriscono un'incertezza frazionaria a una sigma di cinque parti su 10 milioni. Si è osservato che le nuove emissioni laser hanno una potenza compresa tra 1/1000 e 1/100 di milliwatt una volta ottimizzate.Questa tecnica può essere utilizzata per determinare con precisione la frequenza di emissioni laser intense in circa un'ora o due. Non dimenticare che lavorare con laser a infrarossi e a infrarossi esterni può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario adottare precauzioni che includano una corretta protezione oculare, ventilazione adeguata e ispezioni ripetute dell'attrezzatura, con particolare attenzione ai rischi elettrici e idrici.

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