私たちは、光学励起分子レーザーを使用した遠赤外線の発生と、ヘテロダイン技術によるそれらの周波数の測定について説明します。この実験システムと技術は、ジフルオロメタン(CH2F2)をレーザー媒体として使用して実証され、その結果には3つの新しいレーザー放射と8つの測定レーザー周波数が含まれます。
私たちは、光学励起分子レーザーを使用した遠赤外線の発生と、ヘテロダイン技術によるそれらの周波数の測定について説明します。この実験システムと技術は、ジフルオロメタン(CH2F2)をレーザー媒体として使用して実証され、その結果には3つの新しいレーザー放射と8つの測定レーザー周波数が含まれます。
遠赤外線の発生とその後の測定は、高分解能分光法、電波天文学、およびテラヘルツイメージングにおいて多くの用途を発見しました。約45年にわたって、コヒーレント、遠赤外線の発生は、光励起分子のレーザーを使用して達成されました。遠赤外線レーザー放射線が検出されると、これらのレーザ放射の周波数は三レーザーヘテロダイン技術を用いて測定されます。この技術では、光励起分子レーザから未知の周波数は、二つの安定化、赤外線基準周波数との差周波数で混合されます。これらの基準周波数は、それぞれが外部低圧基準セルからの蛍光信号を用いて安定化され、独立した二酸化炭素レーザによって生成されます。既知および未知のレーザ周波数間のビートが得られ、その出力仕様に観察される金属 - 絶縁体 - 金属点接触ダイオード検出器によって監視されますtrumアナライザ。これらのレーザ放射との間のビート周波数は、その後、未知の遠赤外線レーザ周波数を推定することが知られている基準周波数で測定され、組み合わされます。それらはしばしば高いのように、他の測定のための基準として使用されているように、この技術を用いて測定レーザ周波数の結果の1シグマ分数不確かさが10 7±5重量部である。正確に遠赤外線レーザ放射の周波数を決定することは重要ですレーザー磁気共鳴を用いたフリーラジカルの-resolution分光調査。この研究の一環として、ジフルオロメタン、CH 2 F 2は 、遠赤外線レーザ媒質として使用しました。全部で8つの遠赤外線レーザー周波数は0.359から1.273テラヘルツの範囲の周波数を有する第1の時間を測定しました。これらのレーザーの排出量のうちの3つは、この調査中に発見され、CO 2に対するそれらの最適運転圧力、偏光で報告されています
遠赤外線レーザ周波数の測定は、最初の彼らは、マイクロ波信号の高次高調波と混合して直接放電シアン化水素レーザーからの311と337ミクロンの排出のための周波数を測定1967年Hockerおよび共同研究者によって行われました。シリコンダイオード1インチより高い周波数を測定するために、レーザと高調波の混合装置のチェーンは、レーザの高調波2を生成するために使用されました。最終的には両者はレーザが必要な差周波数を3,4を合成するために選択された二酸化炭素(CO 2)を安定化します。今日、4テラヘルツまでの遠赤外線レーザー周波数が2で生成された差分周波数の最初の高調波を使用して、この技術を用いて測定することができるCO 2基準レーザを安定化。より高い周波数のレーザー放射は、また、メタノールの同位体のCHD 2 OH及びCH 3から9テラヘルツレーザ放射として第二高調波を用いて測定することができます 18 OH UB。長年の間に5,6、レーザー周波数の正確な測定は、科学実験7,8の数に影響を与えたとパリでの度量衡の総会によってメートルの新しい定義の採用を可能にしました1983年9から11
例えば、記載されたもののようなヘテロダイン技術は、光励起分子レーザによって生成された遠赤外線レーザ周波数の測定において非常に有益でした。チャンとブリッジ12によって光学的に励起分子レーザの発見以来、光学的に励起遠赤外線レーザ放射の何千ものレーザ媒質の様々な生成されています。光学的にCO 2レーザで励起するとき、例えば、ジフルオロメタン(CH 2 F 2)とその同位体は、250以上のレーザー放射を生成します。その波長は約95.6から1714.1ミクロンの範囲13 - 18 - > 15までのこれらのレーザー排出量の約75%は、いくつかの分光16が割り当てられているが、それらの周波数が測定されてきました。
これらのレーザー、及びそれらの正確に測定された周波数は、高分解能分光法の発展に重要な役割を果たしています。彼らは、レーザーガスの赤外分光研究のための重要な情報を提供します。彼らはしばしば吸収スペクトル19から直接アクセスできない励起振動状態レベルの間の接続を提供するので、多くの場合、これらのレーザの周波数は、赤外線および遠赤外線スペクトルの分析を確認するために使用されます。彼らはまた、レーザー磁気共鳴技術20で一過、短 寿命のフリーラジカルを調査研究のための主要な放射源として機能します。この非常に敏感な技術では、常磁性原子、分子、分子イオンで回転し、RO-振動ゼーマンスペクトルは、rすることができますこれらのフリーラジカルを作成するために使用される反応速度を調査する能力とともにecorded分析しました。
この作業では、 図1に示した光励起分子レーザは、ジフルオロメタンから遠赤外線レーザー放射を生成するために使用されてきました。このシステムは、連続波(CW)CO 2ポンプレーザと遠赤外線レーザ共振器から成ります。遠赤外線レーザキャビティ内部のミラーが残りのポンプ放射を散乱、空洞の終わりに終了する前に、26の反射を受けて、研磨銅管の下のCO 2レーザ放射をリダイレクトします。従って、遠赤外線レーザー媒質は、横ポンピングジオメトリを使用して励起されます。レーザー作用を生成するために、いくつかの変数がいくつか同時に、調整され、レーザ放射が観測されると、すべてのその後に最適化されています。
この実験では、遠赤外線レーザー放射線は、金属INSUによって監視されていますレータ - 金属(MIM)点接触ダイオード検出器。 MIMダイオード検出器は、1969年21は 、レーザ周波数の測定に使用されている-レーザ周波数の測定は23、MIMダイオード検出器は、ダイオード上に2つ以上の放射線源との間の入射高調波ミキサです。 MIMダイオード検出器は、光学研磨ニッケルベース 24 に接触する先鋭化タングステン線で構成されています。ニッケルベースは、絶縁層である、天然に存在する薄い酸化物層を有しています。
当初は文献に記載された方法に従って27 -レーザ発光が検出されたら、その周波数は、3つのレーザーヘテロダイン法25を用いて測定しながら、その波長、偏光、強度、及び最適化された動作圧力を記録しました。 4. 図2は、2つの追加のCW CO 2参照レーザは、独立した周波数のSTAを有する光ポンピング分子レーザを示しています外部、低圧参照セル28から 4.3ミクロンの蛍光シグナルのラムディップを利用bilizationシステム。この原稿は、遠赤外レーザーの排出量だけでなく、その波長を推定すると、正確にその頻度を決定する方法を検索するために使用されるプロセスの概要を説明します。三レーザーヘテロダイン技術に関する具体的なだけでなく、様々なコンポーネントやシステムの動作パラメータは参照4、25-27、29、および30と一緒に補足表Aに記載されています。
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実験1.計画
2.生成遠赤外レーザーの排出量
3.遠赤外レーザーの周波数を決定します
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前述のように、遠赤外線レーザー放射のために報告された周波数は、CO 2基準レーザ線の少なくとも2つの異なるセットを実行少なくとも12回の測定の平均値である。使用した場合、表2は、235.5マイクロメートルのレーザ発光のために記録されたデータを概説します9、P 04、CO 2ポンプレーザ。この遠赤外線レーザー放射のために、ビート周波数の14の個々の測定値を記録しました。 9 R 10及び9 P 38 CO 2基準レーザ放射を使用しながら、測定の最初のセットを記録しました。遠赤外レーザーの周波数がわずかに増加したように、ステップ3.4.5のために、ビート周波数も増加することが観察されました。 |νCO2(I)-νCO2(II)|これは、遠赤外線レーザー周波数が9 R 10および 9、P 38、CO 2の基準レーザーとの差周波数の大きさよりも大きかった示しています。したがって、符号O式(1)...
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いくつかの追加の議論が必要なプロトコル内いくつかの重要なステップがあります。遠赤外レーザ波長を測定する場合、ステップ2.5.3に概説されるように、それが使用されている遠赤外線レーザー放射の同じモードを確保することが重要です。遠赤外レーザーの波長( すなわち、TEM 00、TEM 01など)の複数のモードは、レーザキャビティ内で生成することができ、それが波長13,29を測定するために使用される適切な隣接するキャビティモードを特定することが重要であり、 41。高次モードを除去することを助けるために、虹彩は、各レーザ共振器内に含まれます。正確に遠赤外線レーザ周波数を測定する場合、それは(TEM 00)レーザーモード、特にCO 2参照レーザは、それらの基本的な動作に不可欠です。アイリスも対称であるスペクトルアナライザの遠赤外線レーザーによりトレースパターンを確実にするために使用されます。これまで複数の状況について-infraredレーザー波長は9 P 04、波長で較正吸収するフィ...
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この論文では、理解を促進するために特定の商用機器を特定しています。このような識別は、著者による推奨または承認を意味するものではなく、特定された機器が必ずしも目的に最適であることを意味するものでもありません。
この作業は、ワシントン宇宙助成金コンソーシアムの賞NNX10AK64Hによって部分的に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 真空ポンプ | Leybold | Trivac D4A | HE-175オイル;数量= 3 |
| 真空ポンプ | ライボルト | TrivacD8BまたはD16B | フォンブリン液;数量= 各 |
| 真空ポンプ | Leybold | Trivac D25B | HE-175オイルの1つ。数量= 1 |
| 付き光チョッパー | スタンフォードリサーチシステム | ズSR540 | |
| ロックインアンプ | スタンフォードリサーチシステム | ズSR830 | |
| スペクトラムアナライザーAgilent | E4407B | ESA-Eシリーズ、9 kHz〜26.5 GHzスペクトラムアナライザー | |
| アンプ | Miteq | AFS-44 | は、2 GHz から 18 GHz までの信号を増幅します。このアンプは、ヒューレットパッカードのトリプル出力DC電源、モデルE3630Aによって駆動されます。 |
| アンプ | Avantek | AWL-1200B | は、1.2GHz未満の信号を増幅します。 |
| 電源 | Hewlett Packard | E3630A | アンプ用の低電圧DC電源。 |
| 電源 | グラスマン | KLシリーズ | CO2レーザー用の高電圧電源。数量 = 2;負極性 |
| 電源 | Fluke | 412B | NIST 非対称 HV アンプ |
| 検出器 | Judson Infrared Inc | J10D | 蛍光セルで使用される高電圧電源。量 = 2 |
| CO2 レーザースペクトラムアナライザー | 光工学 | 16-A | 現在、Macken Instruments Inc.が販売しています。 |
| 紫外線光学工学による熱画像プレート | 主にCO2参照レーザーのアライメントに使用されます。現在はMacken Instruments Inc.が販売しています。 | ||
| 抵抗器 | Ohmite | L225J100K | 100 kW、225 W.各バラストシステムには4〜6個の抵抗器が使用されます。各CO2レーザーには、独自のバラストシステムがあります。ファンは抵抗器を冷却するために使用されます。 |
| HVリレー、SPDT | CII Technologies | H-17 | 数量= 3; CO2レーザーアンプごとに1つずつ |
| Princeton Applied Research | PAR 113 | 蛍光細胞に使用。数量= 2 | |
| シロスコープ | Tektronix | 2235A | 同様のモデルも使用されます。数量 = 2 |
| オシロスコープ/差動増幅器 | Tektronix | 7903 オシロスコープ 7A22 差動増幅器 | |
| センサー付きパワーメータ | Coherent | 200 | 10 W未満で使用するためのものです。 これが図2に示すパワーメーターです。 |
| センサー付きパワーメーター | Scientech, Inc | Vector S310 | 30 W未満で使用する場合 |
| マルチメーター | Fluke | 73III | 同様のモデルも使用されます。数量 = 3 |
| データ集録 | ナショナルインスツルメンツ | NI cDAQ 9174シャーシ、NI 9223入力モジュール | |
| Simichrome polish | Happich GmbH | Polishを使用。ニッケルベースは研磨後すぐに使用できますが、通常は12時間のリードタイムが推奨されます。 | |
| 圧力計 | Wallace and Tiernan | 61C-1D-0050 | Series 300; CO2 レーザー用。数量= 3 |
| コントローラー付き圧力計 | グランビルフィリップス | シリーズ375 | 遠赤外線レーザー用 |
| 酸化ジルコニウムフェルト | ジルカージルコニア | ZYFフェルト | ビームストップとして使用 |
| 酸化ジルコニウムボード | ジルカージルコニア | ZYZ-3ボード | ビームストップとして使用。数量 = 4 |
| テフロン シート | Scientific Commodities, Inc | BB96312-1248 | 1/32 インチ 厚さ; 遠赤外線レーザー出力ウィンドウに使用 |
| ポリプロピレン | C-Line シート プロテクター | 61003 | 遠赤外線レーザー出力ウィンドウに使用 |
| 真空グリース | アピエゾン | ||
| 電源 | ケプコ | NTC 2000 | PZT 電源 |
| PZT チューブ | Morgan Advanced Materials | 1インチ、外径1インチ、厚さ0.062インチ、逆極性(外側の正電圧)。数量 = 3 | |
| ZnSe (AR コーティング) | II-VI Inc | CO2 レーザーウィンドウ (数量 = 3)、レンズ、およびビームスプリッター (数量 3) | |
| NaCl ウィンドウ | Edmond Optics | 数量 = 1 | |
| CaF ウィンドウ | Edmond Optics | 数量 = 2 | |
| レーザーミラーとグレーティング | Hyperfine, Inc | 金コーティング; 位置決めミラーを含む | |
| ガラスレーザー管と参照セル | アレン・サイエンティフィック ガラス | ||
| MIMダイオード検出器 | カスタムマイクロ波株式会社 | ||
| その他の | 材料には、磁気ベース、ベースプレート、ベースクランプ、XYZトランスレーションステージなどがあります。 |
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