Name: 遠赤外線レーザーの排出量とその周波数の測定を特徴付けます (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: 学ぶ、遠赤外線レーザー放射の生成とヘテロダイン法による周波数測定の手法。二フルオロメタン(CH2F2)を媒質とした光学的ポンプ分子レーザーを用い、新たなレーザー放射と周波数測定の技術を習得できます。

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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。

実験1.計画<ol><li>事前の作業を評価するために、文献の調査を実施することは、この実験のためにCH 2 F 2であり、関心のレーザ媒質を用いて行きました。そのような彼らの波長や周波数などの回線に関するすべての情報と共に、すべての既知のレーザー排出量を特定します。 37 -知られているレーザーの排出量のいくつかの調査は13,31利用できます。 </li><li>前フーリエ変換を中心としたレーザ媒質として使用される分子の全ての分光調査は34と光音響研究38,39を変換しコンパイルします。 </li></ol> 2.生成遠赤外レーザーの排出量<ol><li>安全に関する概要。 <ol><li> CO 2と遠赤外線レーザーシステムで作業する場合、適切な眼の保護を備えてラボのための標準的な操作手順を開発します。 </li></ol></li><li>アライメントとキャリブレーション。 <ol><li>各CO 2リットルのキャリブレーション製造業者のプロトコルに従ってCO 2レーザ用に設計された回折格子ベースのスペクトラム・アナライザを使用してASER。 </li><li>その放射線は、MIMダイオード検出器上に集束されるように、He-Neレーザを用いて遠赤外線レーザキャビティ内のエンドミラーと結合ミラーの位置を合わせます。 </li><li>空洞軸に対して約72 Oの角度で塩化ナトリウム窓を通して遠赤外線レーザーキャビティ内にCO 2ポンプレーザからの放射を向けます。 </li><li>ビームスプリッタと追加のミラーを使用して、MIMダイオード検出器にそれぞれ低圧蛍光基準セルまたは共直線的にのいずれかへの2つのCO 2の基準レーザからの放射を向けます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザー放射線の検出。 <ol><li>標準的な金属研磨を使用して数日毎にニッケル基を磨きます。 </li><li>銅ポストに25μmのタングステン線を圧着し、configurにワイヤーを曲げエーション図3に示します。 </li><li>それは測定された放射線の10〜20の波長の間にあるように、ワイヤの長さを調整します。 </li><li>電気化学溶液に電圧（約3.5〜5 VAC）を適用することにより、飽和水酸化ナトリウム（NaOH）溶液中に、ワイヤの先端をエッチングします。 </li><li>低電圧（1未満VAC）で先端を再エッチングします。これは、ワイヤの先端を粗くし、ダイオードのパフォーマンスが向上します。 </li><li>蒸留水でワイヤーを洗い流します。 </li><li>ワイヤが乾燥したら、MIMダイオードのハウジングに銅ポストを挿入します。 </li><li>細かいネジとレベルのシステムを使用して、ニッケルベースに接触して電線を置きます。遠赤外線レーザー放射線を検出して測定するとき100および500Ωの間にダイオード間の抵抗をもたらす接点は典型的に使用されます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザ放射の生成。 <ol><li>特定のレーザーのemにCO 2ポンプレーザを設定ission、 例えば 、9 P 36。 </li><li>ビーム停止に最大強度を達成するために、前後にCO 2ポンプレーザのマイクロメータのダイヤルを回します。 </li><li>ビーム停止に最大強度を達成するために、CO 2ポンプレーザの回折格子の傾きを調整します。 </li><li> CO 2ポンプレーザの出力パワーはビーム停止に最適化された表示されるまで繰り返して、2.4.2と2.4.3のステップ。 </li><li> CO 2ポンプレーザのパスからのビーム停止を削除します。 </li><li>電源をオンにして、CO 2ポンプレーザの光路に光チョッパを揃えます。 </li><li>遠赤外線レーザキャビティ内に遠赤外線レーザ媒質を導入するために、CH 2 F 2気筒のバルブを開きます。 </li><li>約10 Paの圧力が達成されるまで入口ライン上の計量バルブを調整します。 注：これは、系統的に遠赤外線レーザーcをスキャンする方法として使用されるためだけ近似圧力が必要ですavity。 </li><li>レーザ共振器の外側の目盛で示されるように、その最も外側の先端がレーザキャビティの中央から約1cmになるように、出力カプラの位置を設定します。 注：これは、系統的に遠赤外線レーザ共振器を走査する方法として使用されるためだけ近似位置が必要です。 </li><li>前後にキャリブレーションマイクロメーターダイヤルを回転させることにより、約0.25ミリメートル刻みで移動可能な遠赤外線レーザミラーの位置を調整します。 CO 2ポンプレーザの圧電トランスデューサ（PZT）に印加される電圧を変えることによってその利得曲線を介して同時に調整するCO 2ポンプレーザの周波数。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されない場合は、出力カプラとの繰り返しステップ2.4​​.10は、レーザの外側に目盛で示すように、先端部がレーザキャビティの中央から約1.5 cmであったその次の位置に移動させます空洞。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されない場合は、出力カプラとの繰り返しステップ2.4​​.10は、レーザの外側に目盛で示すように、先端部がレーザキャビティの中央から約2cmで、その次の位置に移動させます空洞。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されていない場合は、繰り返しが入口ライン上の計量バルブを調整して約19 Paでの遠赤外レーザーの圧力で2.4.12を通して2.4.9を繰り返します。 </li><li>何の信号をオシロスコープのディスプレイ上で観察されていない場合は、繰り返しが入口ライン上の計量バルブを調整して約27 Paでの遠赤外レーザーの圧力で2.4.12を通して2.4.9を繰り返します。 </li><li>無信号をオシロスコープの表示上で観察されていない場合、CO 2ポンプレーザの経路にビーム停止を挿入し、約0 Paである遠赤外線レーザー圧力まで、CH 2 F 2気筒のバルブを閉じます。 </li><li> CO 2ポンプを設定次のレーザ発光、 例えば、9、P 34へのレーザ、および2.4.4〜ステップ2.4.2を使用して出力電力を最適化します。 </li><li> CO 2ポンプレーザによって生成されたすべての排出量は使用されるまで繰り返し2.4.16を通して2.4.5を繰り返します。遠赤外レーザーラインを検索する場合、周波数ステップ1.2で識別された吸収領域と重なって、CO 2ポンプレーザの排出量に焦点を置きます。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザー放射を特徴付けます。 <ol><li>遠赤外線レーザ放射の出力電力が最大になるまで、同時に遠赤外線レーザ媒質の圧力、CO 2ポンプレーザのPZTに印加される電圧、及び出力カプラの位置を調整する（最大ピークトゥによって決定図4に類似したオシロスコープのディスプレイ上で観察されるように、MIMダイオード検出器からのピーク信号）。 </li><li>遠赤外線レーザ発光がオンに観察されるまでマイクロメーターダイヤルを右に回しますオシロスコープのディスプレイ。マイクロメーターダイヤルの位置を記録します。 </li><li>同じ遠赤外線レーザ発光に対応する追加の20のモードのマイクロメータのダイヤルを右に回します。マイクロメーターダイヤルの位置を記録します。 </li><li>ステップ2.5.2と2.5.3でマイクロメーターダイヤルの位置を引きます。遠赤外線レーザ放射の波長を得るために、10で、この差を分割します。 </li><li> 2.5.4まで手順5回の合計を2.5.2を繰り返し、遠赤外線レーザ発光の波長を平均します。少なくとも20の隣接する縦モードを横断することにより測定された平均のレーザー波長は、±0.5μmの1シグマの不確実性を持っています。 </li><li>金のワイヤグリッド偏光子（394ライン/ cm）で ​​又はブルースター偏光子のいずれかを使用して、CO 2ポンプ放射に対して遠赤外線レーザ放射の偏光を測定します。 </li></ol></li></ol> 3.遠赤外レーザーの周波数を決定します<ol><li>特定CO 2基準レーザ放射をる。 <ol><li>その測定波長に基づいて、遠赤外線レーザ発光の周波数を計算します。 </li><li>周波数の違い遠赤外線レーザ発光40のための計算された周波数の数GHzの範囲内にあるCO 2基準レーザラインのセットを識別します。このような測定のために使用される典型的なリストを表1に示します。 </li></ol></li><li>ヘテロダインビート信号を検索しています。 <ol><li> CO 2基準レーザラインの最初のセットを特定し、それぞれのレーザ発光の各CO 2参照レーザーを設定します。 </li><li> 2.4.4およびモニターの電源メーターを介してステップ2.4.2を使用して、各CO 2基準レーザの出力パワーを最適化します。 <ol><li>に示すモニタ電力計によって測定されるように、各CO 2基準レーザからの電力は、約100ミリワットであるように、内部または各基準レーザの外部のいずれかで、絞りを調整します図2。 </li></ol></li><li> CO 2参照レーザからの放射をブロック解除しながら、ビーム停止を使用して、CO 2ポンプレーザからの放射をブロックします。 </li><li>電源をオンにして、CO 2参照レーザの共直線ビーム経路に光チョッパを揃えます。 </li><li>オシロスコープで出力を観察しながら図5と同様に、いくつかのミラー、ビームスプリッタ、及び2.54センチメートルに焦点距離のZnSe平凸レンズを使用して、最大ピーク・ツー・ピーク電圧のためのMIMダイオード検出器の各CO 2参照レーザ発光を最適化。 </li><li> CO 2ポンプレーザからの放射をブロック解除しながら、ビーム停止を使用して、CO 2の基準レーザからの放射線をブロックします。 </li><li>オシロスコープ上で観察される遠赤外線レーザ放射が最大ピーク・ツー・ピーク電圧を有するように、CO 2ポンプレーザと遠赤外線レーザーは、必要に応じて、再最適化します。 </li><li>切断トン彼は、オシロスコープからダイオード検出器の出力をMIMとその出力スペクトラムアナライザ上で観察されたアンプに接続します。 </li><li> CO 2参照レーザから放射ブロックを解除。 </li><li> CO 2ポンプと、基準レーザの変調光学チョッパーを削除します。 </li><li> 40 MHzのスパンで、スペクトルアナライザを設定し、手動でスペクトラム・アナライザの調整ノブを使用して、この周波数範囲を走査することにより、1.5 GHzの単位でビート信号を検索します。 </li><li>何のビート信号が観測されていない場合は、アンプからのMIMダイオードの出力を切断し、オシロスコープに接続します。 </li><li> CO 2参照レーザからの放射線をブロックし、CO 2ポンプレーザの経路に光チョッパを挿入します。 </li><li>スペクトラムアナライザは、0と12 GHzの間のビート信号を検索するために使用されるまで繰り返して、必要に応じて、3.2.13を通して3.2.2を繰り返します。 </li><li>全くビート信号が観測されない場合、REPEビート信号が観測またはCO 2基準レーザ線のすべての可能なセットされるかまで、CO 2基準レーザ線の別のセットと3.2.14〜ステップ3.2.2に排出されます。 </li></ol></li><li> CO 2の基準周波数を安定化させます。 <ol><li>そのそれぞれの蛍光基準セルからの信号が、図6 及び図7のようにオシロスコープで見られるように示され、ラムディップの中心になるように、第一のCO 2基準レーザのPZTに0と900 Vの電圧を印加します。 </li><li>それはラムディップの中心にロックされたままであるようにロックイン/サーボアンプを内蔵カスタムを使用して、最初のCO 2基準レーザのPZTに印加帰還電圧をアクティブにします。 </li><li>繰り返しは、第二のCO 2基準レーザのために3.3.1と3.3.2を繰り返します。 </li><li>視覚アンに、 図7のように 、オシロスコープのプリアンプの出力を監視します必ず参照レーザは、ロックされたまま。 </li></ol></li><li>ビート周波数の測定。 <ol><li>スペクトラム・アナライザの表示上のビート信号をセンタリングして表示上のサイズを最大化するために、その振幅を調整します。 </li><li>使用して（両方のトレース1のための明確な書き込み機能を選択することにより、 図8のようにビート信号の2つの同時トレースを、表示されるように、スペクトルアナライザを設定し、他方は最大の信号を記録しながら、瞬時の信号を表示します。2. 1つのトレースをトレース第2のトレースのためのスペクトルアナライザの最大ホールド機能）。 </li><li>指定されたキャビティモードの利得曲線を横切って前後に遠赤外線レーザ共振器のマイクロメータのダイヤルを回します。 </li><li>対称のパターンが得られた後に第二（マックスホールド）トレースを凍結するスペクトルアナライザの表示機能を使用します。 </li><li>若干遠赤外線レーザキャビティの長さを減少させるためにマイクロメーターダイヤルを時計回りに回転させます。同時に潜水艦を観察遠赤外レーザーの周波数におけるこのわずかな増加にスペクトルアナライザのビート周波数の小さなずれをequent。 </li><li>スペクトルアナライザのデルタ機能とマーカ機能を使用して対称パターン（最大ホールドトレース）の半値点で全幅にマーカーを配置します。 </li><li>スペクトルアナライザのスパンペア機能を使用してビート信号の中心周波数を測定します。 </li><li>繰り返し3.4.7を介して3.4.1を繰り返します。 </li><li>その中心周波数からの各レーザのロックを解除し、それぞれCO 2基準レーザを再最適化するために、各CO 2レーザのための基準/サーボアンプ内のロックを外します。 </li><li> 3.3.4〜ステップ3.3.1を使用して参照レーザーを再ロックします。 </li><li>繰り返しは6回の測定の合計3.4.10を通して3.4.1を繰り返します。完了したら、その中心周波数からそれぞれのCO 2参照レーザーのロックを解除します。 </li><li>これらのビートFREを用いた遠赤外線レーザ放射の改訂頻度を計算します波数を与えるとCO 2基準レーザ線の第二のセットのための正確な予測を得ることができます。 </li><li>周波数の違い遠赤外線レーザ発光のための計算された周波数の数GHzの範囲内にあるCO 2基準レーザラインの異なるセットを識別します。 </li><li> MIMダイオード検出器のCO 2基準レーザラインの次のセットを最適化し、必要に応じ3.2.15〜ステップ3.2.2を使用してビート信号を得ます。 </li><li> 3.3.4〜ステップ3.3.1を使用して、CO 2基準レーザラインの新しいセットをロックします。 </li><li>繰り返しは6回の測定の合計3.4.10を通して3.4.1を繰り返します。完了したら、その中心周波数からそれぞれのCO 2参照レーザーのロックを解除します。 </li><li>挿入ビームは、CO 2ポンプと、基準レーザーの路に停止します。 </li></ol></li><li>遠赤外線レーザ周波数の計算。 <ol><li>測定することを使用して、FIRν、未知の遠赤外線レーザ周波数を算出します周波数での関係を通じて FIR = |νCO2（I）-νCO2（II）| ±|ν ビート |式1 ここで、|νCO2（I）-νCO2（II）| ν ビート | | 2、CO 2の基準レーザーとによって合成された差周波数の大きさがありますビート周波数の大きさです。式の±記号。 1ステップ3.4.5から実験的に決定されます。 </li><li>平均周波数を取得し、計算不確実性。 </li></ol></li></ol>

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。

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...

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</s&gt; 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 - </s18 - &gt; 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。

<table><tbody><tr><td>真空ポンプ</td><td>Leybold</td><td>Trivac D4A</td><td>HE-175オイル;数量= 3</td></tr><tr><td>真空ポンプ</td><td>ライボルト</td><td>TrivacD8BまたはD16B</td><td>フォンブリン液;数量= 各</td></tr><tr><td>真空ポンプ</td><td>Leybold</td><td>Trivac D25B</td><td>HE-175オイルの1つ。数量= 1</td></tr>コントローラー<tr><td>付き光チョッパー</td><td>スタンフォードリサーチシステム</td><td>ズSR540</td><td></td></tr><tr><td>ロックインアンプ</td><td>スタンフォードリサーチシステム</td><td>ズSR830</td><td></td></tr><tr><td>スペクトラムアナライザーAgilent</td><td></td><td>E4407B</td><td>ESA-Eシリーズ、9 kHz〜26.5 GHzスペクトラムアナライザー</td></tr><tr><td>アンプ&nbsp;</td><td>Miteq</td><td>AFS-44</td><td>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。</td></tr><tr><td>アンプ&nbsp;</td><td>Avantek</td><td>AWL-1200B</td><td>は、1.2GHz未満の信号を増幅します。</td></tr><tr><td>電源</td><td>Hewlett Packard</td><td>E3630A</td><td>アンプ用の低電圧DC電源。</td></tr><tr><td>電源</td><td>グラスマン</td><td>KLシリーズ</td><td>CO2レーザー用の高電圧電源。数量 = 2;負極性</td></tr><tr><td>電源</td><td>Fluke</td><td>412B</td><td>NIST 非対称 HV アンプ</td></tr><tr><td>検出器</td><td>Judson Infrared Inc</td><td>J10D</td><td>蛍光セルで使用される高電圧電源。量 = 2</td></tr><tr><td>CO2 レーザースペクトラムアナライザー</td><td>光工学&nbsp;</td><td>16-A</td><td>現在、Macken Instruments Inc.が販売しています。</td></tr><tr><td>紫外線光学工学による熱画像プレート</td><td>&nbsp;</td><td></td><td>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。</td></tr><tr><td>抵抗器</td><td>Ohmite&nbsp;</td><td>L225J100K</td><td>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。</td></tr><tr><td>HVリレー、SPDT</td><td>CII Technologies</td><td>H-17</td><td>数量= 3; CO2レーザーアンプごとに1つずつ</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Princeton Applied Research</td><td>PAR 113</td><td>蛍光細胞に使用。数量= 2</td></tr>オ<tr><td>シロスコープ</td><td>Tektronix</td><td>2235A</td><td>同様のモデルも使用されます。数量 = 2</td></tr><tr><td>オシロスコープ/差動増幅器</td><td>Tektronix</td><td>7903 オシロスコープ 7A22 差動増幅器</td><td></td></tr><tr><td>センサー付きパワーメータ</td><td>Coherent</td><td>200</td><td>10 W未満で使用するためのものです。&nbsp;これが図2に示すパワーメーターです。</td></tr><tr><td>センサー付きパワーメーター</td><td>Scientech, Inc</td><td>Vector S310</td><td>30 W未満で使用する場合</td></tr><tr><td>マルチメーター</td><td>Fluke</td><td>73III</td><td>同様のモデルも使用されます。数量 = 3</td></tr><tr><td>データ集録</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td><td>NI cDAQ 9174シャーシ、NI 9223入力モジュール</td> MIM<td></td></tr><tr>ダイオード検出器に使用されるニッケルベースにLabVIEWソフトウェア<td>Simichrome polish</td><td>Happich GmbH</td><td></td><td>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。</td></tr><tr><td>圧力計</td><td>Wallace and Tiernan</td><td>61C-1D-0050</td><td>Series 300; CO2 レーザー用。数量= 3</td></tr><tr><td>コントローラー付き圧力計</td><td>グランビルフィリップス</td><td>シリーズ375</td><td>遠赤外線レーザー用</td></tr><tr><td>酸化ジルコニウムフェルト</td><td>ジルカージルコニア</td><td>ZYFフェルト</td><td>ビームストップとして使用</td></tr><tr><td>酸化ジルコニウムボード</td><td>ジルカージルコニア</td><td>ZYZ-3ボード</td><td>ビームストップとして使用。数量 = 4</td></tr><tr><td>テフロン シート</td><td>Scientific Commodities, Inc</td><td>BB96312-1248</td><td>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</td></tr><tr><td>ポリプロピレン</td><td>C-Line シート プロテクター</td><td>61003</td><td>遠赤外線レーザー出力ウィンドウに使用</td></tr><tr><td>真空グリース</td><td>アピエゾン</td><td></td><td></td></tr><tr><td>電源</td><td>ケプコ</td><td>NTC 2000</td><td>PZT 電源</td></tr><tr><td>PZT チューブ</td><td>Morgan Advanced Materials</td><td></td>の長さ<td>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</td></tr><tr><td>ZnSe (AR コーティング)</td> <td>II-VI Inc</td><td></td><td>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)</td></tr><tr><td>NaCl ウィンドウ</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>数量 = 1</td></tr><tr><td>CaF ウィンドウ</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>数量 = 2</td></tr><tr><td>レーザーミラーとグレーティング</td><td>Hyperfine, Inc</td><td></td><td>金コーティング; 位置決めミラーを含む</td></tr><tr><td>ガラスレーザー管と参照セル</td><td>アレン・サイエンティフィック ガラス</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MIMダイオード検出器</td><td>カスタムマイクロ波株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>その他の</td><td></td><td></td><td>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。</td></tr></tbody></table>

遠赤外線レーザーの排出量とその周波数の測定を特徴付けます

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

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</suB&gt;レーザー、強度をポンプ。

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）...

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。

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

本手順の全体的な目的は、極遠赤外線レーザー放射を生成し、3波ヘテロダイン法を用いて生成されたレーザー放出の周波数を測定することです。これは、まず二酸化炭素レーザー放射を極遠赤外線レーザー共振器に導入することによって達成されます。次に、両方のレーザー共振器の動作パラメータを変化させて極遠赤外線レーザー放射を生成し、検出された放射をオシロスコープで観察します。次に、遠赤外線を2つの参照用二酸化炭素レーザー周波数と混合させます。その後、得られたビート周波数を特定します。最後のステップとして、複数のビート周波数を測定し、遠赤外線レーザー周波数を算出します。最終的に、本研究では3波ヘテロダイン法を用いて、Dioraメタンによって生成された8つの遠赤外レーザー周波数を測定しました。このように、本手法による結果から、レーザー発振分子の分光学的知見を得ることが初めて可能となりました。また、本手法は高分解能分光法、電波天文学、テラヘルツイメージングなど、高精度な周波数を必要とするシステムにも応用可能です。イメージング：適切な保護メガネを着用し、有害な可能性のあるレーザー放射への対策を講じてください。プロトコルのこの部分では、二酸化炭素レーザーと研磨された銅製遠赤外線レーザーキャビティを使用します。この概略図は、これら2つの配置の概要を示しています。二酸化炭素レーザーで遠赤外線レーザー共振器をポンピングします。共振器内には希釈メタンを充填します。本実験では、遠赤外線レーザーの出力は金属・絶縁体・金属（MIM）点接触DDE検出器で検出します。まず、二酸化炭素レーザーを目的のレーザー遷移である9 R 28に設定して開始します。レーザーの出力端にビームストップを配置します。次に、ビームストップ上のビーム強度を最大にするように、レーザーのマイクロメーターダイヤルを回転させます。さらに、最大強度を得るためにレーザーのグレーティングの傾きを調整します。二酸化炭素レーザーの出力が最適化されるまで、マイクロメータDIOとグレーティングの調整を続けます。調整が完了したら、光路からビームストッパーを取り除きます。次に、ポンプレーザーの光路にオプティカルチョッパーを設置し、電源を入れてアライメントを行います。次に、遠赤外線レーザー共振器を準備するため、ジフルオロメタンシリンダーのバルブを開き、共振器内に媒体として導入します。導入ラインの計量バルブを調整し、圧力がおよそ 10 pascal または 75 milit tour になるようにします。次に、共振器の出力結合ミラーを調整します。ミラーに取り付けられた外部ロッドを使用して、校正済み目盛りの読みから共振器の中央から約1cmの位置にミラーを配置します。続いて、検出器の出力がオシロスコープに接続されていることを確認してください。次に、遠赤外線共振器内の遠赤外線レーザー放射の探索準備を行います。内部の可動レーザーミラーを調整するために、校正済みのマイクロメータダイヤルを使用してください。同時に、二酸化炭素レーザーの圧電トランスデューサへの印加電圧を制御し、レーザー周波数を調整します。レーザー発光が検出されると、オシロスコープの波形は発光なしを示す平坦な線から方形波へと変化します。遠赤外レーザー発光の存在を示すこの信号強度は、次へ進む前に最適化する必要があります。その後、マイクロメーターのダイヤルで特定の共振器モードの位置を記録します。マイクロメーターダイヤルを時計回りに回して、次のモードを探します。オシロスコープのトレースが平坦になることを確認してください。その後、別の矩形波を表示させます。合計21個のモードが見つかるまで、ダイヤルを時計回りに回転させ続けます。ダイヤルの最終位置を記録し、それを用いて放出される光の波長を求めます。遠赤外線のレーザー周波数を決定するには、2台の二酸化炭素参照レーザーを使用してください。この概略図は、2本の参照レーザー、ポンプレーザー、および遠赤外共振器を含む完全なセットアップを示しています。この構成は3レーザーヘテロダイン法によるもので、2本の参照レーザーは、その周波数差が、測定された波長から算出される遠赤外周波数の数GHz以内に収まるように設定されています。まず、参照レーザーの共線路上にあるビームストップから開始してください。1本の参照レーザーの出力を用い、パワーメーターで測定します。パワーの読み取り値を確認しながらレーザーのマイクロメーターをゆっくりと動かし、最大パワーに相当する位置に設定します。設定後、アレンレンチを使用してグレーティングの傾きを変え、微調整を行います。出力電力を最適化するために、これら2つの操作を繰り返します。各参照レーザーの出力電力を最適化した後、各レーザーのアイリスを調整してください。各レーザーは、ビーム光路上のパワーメーターに約100ミリワットの電力を供給する必要があります。次に、ポンプレーザーのビームを遮断します。続いて、参照レーザーの共通光路にあるビームストップを光学チョッパーに置き換えます。この状態でオシロスコープの信号をモニターし、検出器に集光される放射光が最大になるように調整します。基準レーザーを使用します。2番目の基準レーザーを遮断し、平凸レンズを用いて1番目の基準レーザーからのビームを検出器に集光させます。次に、1番目の基準ビームを遮断し、2番目の基準ビームの遮断を解除します。ビームスプリッターを調整し、2番目の参照レーザーからの検出器への信号を最大化します。それぞれのケースにおいて、オシロスコープを確認しながら調整を停止してください。ピークトップ信号が最適化されたら、ビームストップを共線参照レーザーの光路に戻します。ポンプレーザーからビームストップを取り除きます。次に、オシロスコープで遠赤外線放射の出力電力をモニターします。この例では、電力はすでに最適化されています。出力を最適化した後、金属絶縁体金属（MIM）ダイオード検出器をオシロスコープから切り離します。アンプを介して検出器をスペクトラムアナライザーに接続します。この時点で、ポンプ光および参照光の光路からすべてのビームストップと光学チョッパーを取り除いてください。次に、スペクトラムアナライザーを使用してビート信号の探索を開始します。アナライザーを40 megahertzのスパンに設定し、1.5 gigahertz刻みでビート信号を探索してください。ビート信号が見つかった時点で停止します。信号が検出されたら、基準周波数の安定化を開始します。1本の参照レーザーに焦点を合わせ、その圧電トランスデューサに0から900 Vの電圧を印加し、蛍光参照セルの信号がラム・ディップの中心にくるように調整します。ロックインアンプを起動して信号をラム・ディップの中心に保持し、同様の手順を2本目の参照レーザーに対しても繰り返し、ビート周波数を測定します。スペクトラムアナライザ上でビート信号を中心させ、ディスプレイ上の表示サイズが最大になるように振幅を調整します。スペクトラムアナライザを設定し、特定の共振器モードにおける瞬時信号を青色で、最大信号を黄色で同時に表示させます。遠赤外線レーザー共振器のマイクロメータダイヤルを前後に回転させます。スペクトラムアナライザに表示されるゲイン曲線を観察します。対称になったら、ビュー機能を使用して最大信号のトレースをフリーズさせ、ビート周波数の符号を決定します。マイクロメータダイヤルを時計回りにわずかに回転させたときのビート周波数のシフトに注意してください。中心周波数のビート信号を測定するには、最大値のトレースによって生成された対称パターンの半値全幅の点にマーカーを配置します。次に、スペクトラムアナライザのスパンペア機能を使用します。以下は、本プロトコルを用い、遠赤外線共振器にジフルオロメタンを使用した際に初めて測定された遠赤外線レーザー周波数の平均値です。平均値は、少なくとも2組の異なる二酸化炭素基準レーザー線を用いて行われた、12回以上の測定結果に基づいています。強調表示された行は、新しく発見されたレーザー放出に対応しています。システム固有の不確かさの評価および既報の周波数との比較から、1シグマの相対不確かさは10⁷分の5であることが示唆されます。新しいレーザー放出は、制御後、1000 mWから100 mWの範囲の出力を持つことが観察されました。この手法を用いることで、1〜2時間ほどで強力なレーザー放射の頻度を正確に決定できます。赤外線レーザーおよび外部の赤外線レーザーを取り扱うことは極めて危険であるため、本手順の実施にあたっては、適切な眼の保護、換気、および電気的・水的な危険性に重点を置いた装置の繰り返し点検を含む予防措置を講じることを忘れないでください。

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