Name: Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Leer ver-infrarood laserstraling genereren en hun frequenties meten met heterodyne-technieken. Deze methode gebruikt difluormethaan en levert drie nieuwe laseremissies en acht gemeten frequenties op.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het Washington Space Grant Consortium onder Award NNX10AK64H.

1. Planning van Experimenten <ol><li> Een enquête van de literatuur eerdere werk te beoordelen uitgevoerd met behulp van de laser medium van belang, die voor dit experiment is CH 2 F 2. Identificeer alle bekende laseremissies samen met informatie over de lijnen zoals de golflengte en frequentie. Verschillende onderzoeken van bekende laseremissies beschikbaar 13,31 - 37. </li><li> Compileren alle spectroscopische onderzoek van het molecuul gebruikt als de laser medium met een focus op eerdere Fourier-transformatie 34 en opto-akoestische studies 38,39. </li></ol> 2. Het genereren van ver-infrarood laser Emissies <ol><li> Veiligheid Overzicht. <ol><li> Het ontwikkelen van een standaard procedure voor het laboratorium dat de juiste oogbescherming omvat bij het ​​werken met de CO 2 en ver-infrarood lasersystemen. </li></ol></li><li> Uitlijning en kalibratie. <ol><li> Kalibreren elke CO 2 laser behulp van een raster-gebaseerde spectrum analyzer ontworpen voor de CO2 laser volgens het protocol van de fabrikant. </li><li> Lijn de eindspiegels en koppelspiegel in het verre-infrarode laser holte met behulp van een He-Ne laser, zodat hun straling wordt gefocusseerd op het MIM diode detector. </li><li> Richt de straling uit de CO 2 pomplaser in de verre-infrarode laser holte door een natriumchloride venster onder een hoek van ongeveer 72 o ten opzichte van de holle as. </li><li> Richt de straling van de twee CO 2 verwijzing lasers om ofwel hun respectieve lagedruk fluorescentie celverwijzing of co-lineair op de MIM diode detector met bundelsplitsers en extra spiegels. </li></ol></li><li> Detectie van verre-infrarode laserstraling. <ol><li> Pools de Nikkel basis om de paar dagen met een standaard metalen polish. </li><li> Krimp een 25 urn wolfraam draad in een koperen post en buig de draad in de configuratie in figuur 3. </li><li> Pas de lengte van de draad zodat het 10 tot 20 golflengten van de straling te meten. </li><li> Elektrochemisch etsen het uiteinde van de draad in een verzadigde natriumhydroxide (NaOH) oplossing door een spanning (ongeveer 3,5 tot 5 VAC) aan de oplossing. </li><li> Re-etsen van de tip met een lage spanning (minder dan 1 VAC). Dit ruwer het uiteinde van de draad en verbetert de prestaties van de diode. </li><li> Spoel de draad met gedestilleerd water. </li><li> Plaats de koperen paal in de behuizing van de MIM diode&#39;s zodra de draad droog is. </li><li> Plaats de draad in contact met nikkelbasis met een fijne schroef en niveausysteem. Contacten hetgeen een weerstand over de diode tussen 100 en 500 Ω worden doorgaans gebruikt bij het detecteren en meten van verre-infrarode laserstraling. </li></ol></li><li> Genereren van verre-infrarode laserstraling. <ol><li> Stel de CO 2 pomp laser op een specifieke laser emissie, bijv., 9 P 36. </li><li> Draai de micrometer draaiknop op de CO 2 pomp laser heen en weer naar maximale intensiteit op de balk halte te bereiken. </li><li> Pas de kanteling van het rooster de CO 2 pomp laser om maximale intensiteit op de balk halte te bereiken. </li><li> Herhaal de stappen 2.4.2 en 2.4.3 totdat het uitgangsvermogen van de CO 2 pomp laser verschijnt geoptimaliseerd op de balk te stoppen. </li><li> Verwijder de bundelstop van het pad van de CO 2 pomplaser. </li><li> Schakelen en lijn de optische chopper in de bundel pad van de CO 2 pomp laser. </li><li> Open de klep op de CH2F 2 cylinder naar het verre-infrarode laser in te brengen in de verre-infrarode laser holte. </li><li> Stel de doseerklep op de toevoerleiding tot een druk van ongeveer 10 Pa bereikt. NB: alleen bij benadering druk nodig omdat het wordt gebruikt als een manier om systematisch scannen van de verre-infrarode laser cavity. </li><li> Stel de positie van de uitgangskoppelaar zodanig dat het buitenste uiteinde ongeveer 1 cm van het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laserholte. NB: alleen de geschatte locatie nodig omdat het wordt gebruikt als een manier om systematisch scannen van de verre-infrarode laser holte. </li><li> Pas de positie van de beweegbare verre-infrarode laser spiegel ongeveer 0,25 mm incrementen door het roteren van de gekalibreerde meetklokje heen en weer. Gelijktijdig afstemmen van de frequentie van het CO 2 pomplaser door de versterkingskromme door het veranderen van de spanning aangelegd over de piëzo-elektrische omvormer CO 2 pomp laser (PZT). </li><li> Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm Herhaal stap 2.4.10 de uitgangskoppelaar verplaatst naar de volgende positie waar de punt ongeveer 1,5 cm uit het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laser holte. </li><li> Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm Herhaal stap 2.4.10 de uitgangskoppelaar verplaatst naar de volgende positie waar de tip is ongeveer 2 cm van het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laser holte. </li><li> Als er geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop display, herhaalt u stap 2.4.9 tot 2.4.12 met een ver-infrarood laser druk van ongeveer 19 Pa aangepast met de doseerklep op de inlaat lijn. </li><li> Als er geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop display, herhaalt u stap 2.4.9 tot 2.4.12 met een ver-infrarood laser druk van ongeveer 27 Pa aangepast met de doseerklep op de inlaat lijn. </li><li> Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm, plaatst de bundelstop in de baan van de CO 2 pomplaser en sluit het ventiel van de CH2F 2 cylinder tot de verre-infrarode laser druk ongeveer 0 Pa. </li><li> Stel de CO 2 pomplaser naar de volgende laseremissie, bijvoorbeeld 9 P 34 en optimaliseren van het zendvermogen behulp stappen 2.4.2 tot 2.4.4. </li><li> Herhaal de stappen 2.4.5 tot 2.4.16 totdat alle uitstoot van CO 2 pomp laser gebruikt. Bij het ​​zoeken naar ver-infrarood laser lijnen, leg de nadruk op de CO 2 -uitstoot pomplaser waarvan frequenties overlappen met enige absorptie regio&#39;s die in stap 1.2. </li></ol></li><li> Karakteriseren van ver-infrarood laser-uitstoot. <ol><li> Gelijktijdig pas de druk van het verre-infrarode laser medium, de spanning aangelegd op de CO 2 pomp laser PZT, en de positie van de uitgangskoppelaar tot uitgangsvermogen ver-infrarode laser emissie wordt gemaximaliseerd (bepaald met een maximum piek-to- piek signaal van de MIM diode detector waargenomen op de oscilloscoop scherm, vergelijkbaar met figuur 4). </li><li> Draai de klok mee meetklokje tot de ver-infrarood laser emissie wordt waargenomen opde oscilloscoop display. Noteer de positie van de micrometer wijzerplaat. </li><li> Draai de klok mee meetklokje tegen 20 modes bij dezelfde ver-infrarode laser emissie. Noteer de positie van de micrometer wijzerplaat. </li><li> Aftrekken van de positie van de micrometer wijzerplaat in de stappen 2.5.2 en 2.5.3. Het verschil wordt gedeeld door 10 om de golflengte van het verre-infrarode laser emissie te verkrijgen. </li><li> Herhaal stappen 2.5.2 tot 2.5.4 totaal vijf maal het gemiddelde van de golflengte van het verre-infrarode laser emissie. Gemiddeld laser golflengten gemeten met het doorkruisen ten minste 20 aangrenzende longitudinale modi één sigma onzekerheid van ± 0,5 pm. </li><li> Meet de polarisatie van het verre-infrarode laserstraling ten opzichte van de CO 2 pompstraling, via een gouden draadrooster polarisator (394 lijnen / cm) of een Brewster polarisator. </li></ol></li></ol> 3. Vaststellen Far-Infrared Laser Frequenties <ol><li> Identificerening van de CO 2 -uitstoot referentie laser. <ol><li> Bereken de frequentie van het verre-infrarode laser emissie op basis van de gemeten golflengte. </li><li> Identificeren sets van CO 2 referentie laser lijnen waarvan de frequentie verschil is binnen enkele GHz van de berekende frequentie voor het ver-infrarood laser emissie 40. Een typische lijst voor deze metingen is weergegeven in tabel 1. </li></ol></li><li> Op zoek naar de heterodyne zwevingssignaal. <ol><li> Identificeren van de eerste set van de CO 2 referentie laser lijnen en elke CO 2 referentie laser op hun respectieve laser emissie. </li><li> Optimaliseer het uitgangsvermogen van de CO 2 referentie-laser met stappen 2.4.2 tot 2.4.4 en de monitor power meter. <ol><li> Stel een iris, intern of extern aan elke referentie laser, zodat het vermogen van de CO 2 verwijzing laser is ongeveer 100 mW, gemeten door de monitor vermogensmeter weergegeven inFiguur 2. </li></ol></li><li> Blokkeer de straling uit de CO 2 pomplaser met een bundelstop terwijl het deblokkeren van de straling uit de CO 2 referentie lasers. </li><li> Schakelen en lijn de optische chopper in de co-lineaire bundel pad van de CO 2 referentie lasers. </li><li> Optimaliseren voor maximale piek-tot-piek spanning van de CO 2 verwijzing laseremissie de MIM diode detector via meerdere spiegels, beam splitters, en een 2,54 cm brandpuntsafstand ZnSe plano-convexe lens met inachtneming van de uitgang van de oscilloscoop, gelijksoortig aan figuur 5 . </li><li> Blokkeer de straling uit de CO 2 verzoek lasers met een bundelstop terwijl het deblokkeren van de straling uit de CO 2 pomplaser. </li><li> Opnieuw optimaliseren van de CO 2 pomplaser en het verre-infrarode laser, indien nodig, zodat het verre-infrarode laser emissie heeft een maximale piek-tot-piek spanning als waargenomen op de oscilloscoop. </li><li> Koppel tHij MIM uitgang diode detector van de oscilloscoop en sluit deze op een versterker waarvan de uitgang is waargenomen op een spectrum analyzer. </li><li> Deblokkeren van de straling van de CO 2 referentie lasers. </li><li> Verwijder de optische choppers moduleren van de CO 2 pomp en referentie lasers. </li><li> Stel het spectrum analyzer op een 40 MHz overspanning en zoek naar de beat signaal in stappen van 1,5 GHz door het handmatig scannen van dit frequentiegebied met draaiknop van het spectrum analyzer. </li><li> Als er geen ritme signaal wordt waargenomen, koppelt u de output van de MIM diode&#39;s uit de versterker en sluit deze aan op de oscilloscoop. </li><li> Blokkeren de straling van de CO 2 referentie-lasers en plaats de optische chopper in de baan van de CO 2 pomp laser. </li><li> Herhaal stap 3.2.2 tot 3.2.13 zolang tot het spectrum analyzer is gebruikt om te zoeken naar het zwevingssignaal tussen 0 en 12 GHz. </li><li> Als er geen ritme signaal wordt waargenomen, repein de stappen 3.2.2 tot 3.2.14 met een andere set van CO 2 referentie laser lijnen totdat de beat signaal wordt waargenomen of alle mogelijke sets van CO 2 referentie laser lijnen zijn uitgeput. </li></ol></li><li> Stabiliseren van de CO 2 referentiefrekwenties. <ol><li> Breng een spanning tussen 0 en 900 V PZT de eerste CO 2 verwijzing laser, zodat het signaal van de respectievelijke fluorescentie referentiecel is in het centrum van het Lam dip, geïllustreerd in figuur 6 en zoals gezien op oscilloscoop zoals in figuur 7. </li><li> Activeer de feedback spanning op het eerste verzoek CO 2 laser PZT een aangepaste ingebouwde lock-in / servoversterker zodat het blijft altijd in het midden van het Lam dip. </li><li> Herhaal de stappen 3.3.1 en 3.3.2 voor de tweede CO 2 referentie laser. </li><li> Visueel bewaken de uitgang van de voorversterker op een oscilloscoop, zoals in figuur 7, en omervoor dat de verwijzing lasers blijft geblokkeerd. </li></ol></li><li> Meting van de slagfrequentie. <ol><li> Centreren de beat signaal op het spectrum analyzer display en stel de amplitude om de grootte van het scherm te maximaliseren. </li><li> Stel het spectrum analyzer om twee gelijktijdige sporen van de beat signaal zien als in figuur 8, door het selecteren van de Clear Write functie voor zowel Spoor 1 en Trace 2. Één spoor zal het momentane signaal te geven, terwijl de andere het maximale signaal zal opnemen (via een Max Hold-functie op het spectrum analyzer voor het tweede spoor). </li><li> Draai de meetklokje op de verre-infrarode laser cavity heen en weer over de versterkingskromme voor een bepaalde holte modus. </li><li> Gebruik de functie Bekijk op het spectrum analyzer om de tweede (Max Hold) trace bevriezen zodra een symmetrisch patroon wordt verkregen. </li><li> Iets draai de klok mee micrometer draaiknop om de lengte van de ver-infrarood laser holte te verminderen. Tegelijkertijd nemen de subsequent kleine verschuiving van de slagfrequentie van het spectrum analyzer wijten aan de geringe verhoging van de frequentie van het verre-infrarode laser. </li><li> Plaats markeerders aan de breedte op halve hoogte van de punten symmetrisch patroon (Max Hold spoor) met de functie Marker met de functie Delta op de spectrum analyser. </li><li> Meet de centrumfrequentie van de beat signaal met de functie Span paar op de spectrum analyser. </li><li> Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.7. </li><li> Maak de sluis in / servo-versterker voor elke CO 2 laser verwijzing naar elke laser te openen vanuit het midden frequentie en opnieuw te optimaliseren elke CO 2 referentie-laser. </li><li> Re-lock de verwijzing lasers met stappen 3.3.1 tot 3.3.4. </li><li> Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.10 voor een totaal van 6 metingen. Eenmaal voltooid, ontgrendelen elke CO 2 referentie-laser van het centrum frequentie. </li><li> Bereken de herziene frequentie van de ver-infrarood laser-emissie met behulp van deze sloeg frequenties om een nauwkeurige voorspelling te krijgen voor de tweede reeks van de CO 2 referentie laser lijnen. </li><li> Identificeren van een andere set van CO 2 verwijzing laserlijnen waarvan frequentieverschil binnen enkele GHz van de berekende frequentie van het verre-infrarode laser emissie. </li><li> Optimaliseer de volgende set van CO 2 referentie laser lijnen op het MIM diode detector en het verkrijgen van de beat signaal met behulp van stappen 3.2.2 tot 3.2.15 nodig. </li><li> Vergrendel de nieuwe reeks van de CO 2 referentie laserlijnen met stappen 3.3.1 tot 3.3.4. </li><li> Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.10 voor een totaal van 6 metingen. Eenmaal voltooid, ontgrendelen elke CO 2 referentie-laser van het centrum frequentie. </li><li> Beam Steek stopt in de paden van de CO 2 pomp en referentie-lasers. </li></ol></li><li> Berekening van het verre-infrarode laser frequentie. <ol><li> Bereken de onbekende verre-infrarode laser frequentie ν FIR, met de gemeten wordenbij frequentie door de relatie FIR = | v CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν ritme | Eq. 1 waarbij | v CO2 (I) -ν CO2 (II) | is de magnitude van de verschilfrequentie gesynthetiseerd door beide CO 2 lasers en referentie | v tel | is de magnitude van de slagfrequentie. De ± bord in Eq. 1 wordt experimenteel bepaald uit stap 3.4.5. </li><li> Het verkrijgen van een gemiddelde frequentie en het berekenen van deonzekerheid. </li></ol></li></ol>

Bepaalde commerciële apparatuur wordt in dit artikel genoemd om begrip te bevorderen. Een dergelijke identificatie impliceert geen aanbeveling of goedkeuring door de auteurs, noch impliceert het dat de geïdentificeerde apparatuur noodzakelijkerwijs de beste beschikbare is voor het doel.

Er zijn verschillende kritische stappen in het protocol dat wat extra overleg nodig. Bij het meten van het verre-infrarode laser golflengte, zoals in stap 2.5.3, is het belangrijk om dezelfde modus van het verre-infrarode laser emissie wordt gebruikt waarborgen. Meerdere vormen van een verre-infrarode laser golflengte (bijv TEM 00, TEM 01, etc.) kan worden opgewekt binnen de laserholte en dus is het belangrijk om de juiste identificatie aangrenzende holte modi worden gebruikt om de golflen...

De meting van ver-infrarood laser frequenties werd voor het eerst uitgevoerd door Hocker en collega&#39;s in 1967. Zij gemeten de frequenties voor de 311 en 337 micrometer emissies van de directe lozing waterstofcyanide laser door ze te mengen met een hoge orde harmonischen van een magnetron signaal in een silicium diode 1. Om hogere frequenties te meten, werd een reeks van lasers en harmonische menginrichtingen gebruikt om de laser 2 harmonischen genereren. Uiteindelijk twee gestabiliseerde kooldioxide (CO 2) lasers gekozen synthetiseren noodzakelijke verschilfrequenties 3,4. Tegenwoordig kunnen ver-infrarode laser frequenties tot 4 THz gemeten worden met deze techniek met alleen de eerste harmonische van de verschilfrequentie opgewekt door twee gestabiliseerde CO2 lasers referentie. Hogere emissies frequentie laser kan ook worden gemeten met de tweede harmonische, zoals 9 THz laseremissies van methanol isotopologen CHD 2 OH en CH3 </sub&gt; 18 OH. 5,6 Door de jaren heen, de nauwkeurige meting van de laser frequenties heeft een aantal wetenschappelijke experimenten 7,8 beïnvloed en mogen de invoering van een nieuwe definitie van de meter door de Algemene Conferentie voor maten en gewichten in Parijs 1983. 9 - 11 Heterodyne technieken, zoals beschreven, hebben enorm gunstig bij het meten van verre-infrarode laser frequenties gegenereerd door optisch gepompte lasers moleculaire geweest. Sinds de ontdekking van de moleculaire optisch gepompte laser door Chang en bruggen 12, duizenden optisch gepompte verre-infrarode laser emissie werden gemaakt met verschillende lasermedia. Bijvoorbeeld, difluormethaan (CH 2 F 2) en de isotopologen genereren dan 250 laseremissies als optisch gepompt door een CO2 laser. De golflengten variëren van ongeveer 95,6 urn om 1.714,1 13. - </sup&gt; 15 Bijna 75% van deze laser-uitstoot hebben hun frequenties gemeten terwijl een aantal zijn spectroscopisch toegewezen 16-18. Deze lasers, en hun nauwkeurig gemeten frequenties, hebben een cruciale rol gespeeld in de vooruitgang van de hoge-resolutie spectroscopie. Ze bieden belangrijke informatie voor infrarode spectrale studies van de laser gassen. Vaak laserfrequenties gebruikt om de analyse van de nabije en verre infrarood spectra geverifieerd omdat zij verbindingen tussen de aangeslagen vibratiestaat niveaus die vaak rechtstreeks toegankelijk vanuit absorptiespectra 19. Ze dienen ook als de bron primaire straling voor studies die van voorbijgaande aard, van korte duur vrije radicalen met de laser magnetische resonantie techniek 20. Met deze uiterst gevoelige techniek, rotatie en ro-vibratie Zeeman spectra in paramagnetische atomen, moleculen en moleculaire ionen kunnen worden recorded en samen met de mogelijkheid om de reactiesnelheden gebruikt om deze vrije radicalen te creëren onderzoeken geanalyseerd. In dit werk, een optisch gepompte laser moleculaire zie figuur 1, is gebruikt om verre-infrarode laser straling uit difluormethaan genereren. Dit systeem bestaat uit een continue golf (cw) CO 2 pomplaser en een ver-infrarood laser holte. Een spiegel intern in de verre-infrarode laser holte leidt de CO 2 laserstraling door het gepolijste koperen buis 20 6 reflecties ondergaat alvorens eindigt aan het einde van de holte, verstrooiing resterende pompstraling. Daarom is het ver-infrarood lasermedium wordt aangeslagen met een dwarse pompen geometrie. Om laserwerking te genereren, worden meerdere variabelen aangepast, wat tegelijk, en al vervolgens geoptimaliseerd eenmaal laserstraling waargenomen. In dit experiment wordt ver-infrarode laserstraling gevolgd door een metaal-insulator-metaal (MIM) punt contact diode detector. De MIM diode detector werd gebruikt voor laser frequentiemetingen sinds 1969. 21 - 23 In laser frequentiemetingen, het MIM diode detector een harmonisch menger tussen twee of meer stralingsbronnen invallend op de diode. De MIM diode detector bestaat uit een scherp Tungsten draad contact een optisch gepolijst Nikkel basis 24. De nikkel basis heeft een natuurlijk voorkomend dunne oxidelaag die de isolerende laag. Zodra een laser emissie werd waargenomen, zijn golflengte, polarisatie, sterkte en geoptimaliseerde werkdruk werden opgenomen terwijl de frequentie werd gemeten met de drie heterodyne laser techniek 25 - 27 volgens de werkwijze die oorspronkelijk beschreven in Ref. 4. Figuur 2 toont de optisch gepompte moleculaire laser met twee extra cw CO 2 verwijzing lasers met onafhankelijke frequentie stabilization systemen die het Lam duik in de 4.3 micrometer fluorescentie-signaal te gebruiken van een externe, lage druk celverwijzing 28. Dit manuscript beschrijft de werkwijze voor het zoeken naar verre-infrarode laser emissie alsook de methode voor het schatten van de golflengte en het nauwkeurig bepalen van de frequentie. Bijzonderheden over de drie heterodyne laser-techniek en de verschillende componenten en de bedrijfsparameters van het systeem is te vinden in tabel A brief tezamen met referenties 4, 25-27, 29 en 30.

<table><tbody><tr><td>Vacuum pump</td><td>Leybold</td><td>Trivac D4A</td><td>HE-175 olie; Aantal = 3</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Leybold</td><td>Trivac D8B of D16B</td><td>Fomblin Fluid; Aantal = 1 van elk</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Leybold</td><td>Trivac D25B</td><td>HE-175 olie; Aantal = 1</td></tr><tr><td>Optical chopper met controller</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR540</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in versterker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Spectrum analyzer</td><td>Agilent</td><td>E4407B</td><td>ESA-E Series, 9 kHz tot 26,5 GHz Spectrum Analyzer</td></tr><tr><td>Versterker&nbsp;</td><td>Miteq</td><td>AFS-44</td><td>Biedt versterking van signalen tussen 2 en 18 GHz. De versterker wordt gevoed door een Hewlett Packard triple output DC-voeding, model E3630A.</td></tr><tr><td>Versterker&nbsp;</td><td>Avantek</td><td>AWL-1200B</td><td>Biedt versterking van signalen minder dan 1,2 GHz.</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Hewlett Packard</td><td>E3630A</td><td>Laagspannings DC-voeding voor versterker.</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Glassman</td><td>KL-serie</td><td>Hoogspanningsvoeding voor de CO2 lasers; Aantal = 2; negatieve polariteit</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Fluke</td><td>412B</td><td>Hoogspanningsvoeding gebruikt met de NIST Asymmetric HV Amp</td></tr><tr><td>Detector</td><td>Judson Infrared Inc</td><td>J10D</td><td>Voor fluorescentiecel; Aantal = 2</td></tr><tr><td>CO2 laser spectrum analyzer</td><td>Optical Engineering&nbsp;</td><td>16-A</td><td>Momenteel verkocht door Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Thermische beeldplaten met UV-licht</td><td>Optical Engineering&nbsp;</td><td></td><td>Primair gebruikt voor het uitlijnen van de CO2 referentielasers. Momenteel verkocht door Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Weerstanden</td><td>Ohmite&nbsp;</td><td>L225J100K</td><td>100 kW, 225 W. Tussen 4 en 6 weerstanden worden gebruikt in elk ballastsysteem. Elke CO2 laser heeft zijn eigen ballastsysteem. Ventilatoren worden gebruikt om de weerstanden te koelen.</td></tr><tr><td>HV relais, SPDT</td><td>CII Technologies</td><td>H-17</td><td>Aantal = 3; een voor elke CO2 laser</td></tr><tr><td>Versterker&nbsp;</td><td>Princeton Applied Research</td><td>PAR 113</td><td>Gebruikt met fluorescentiecel; Aantal = 2</td></tr><tr><td>Oscilloscoop</td><td>Tektronix</td><td>2235A</td><td>Vergelijkbare modellen worden ook gebruikt; Aantal = 2</td></tr><tr><td>Oscilloscoop/Differentiële versterker</td><td>Tektronix</td><td>7903 oscilloscoop met 7A22 differentiële versterker</td><td></td></tr><tr><td>Vermogenmeter met sensor</td><td>Coherent</td><td>200</td><td>Voor gebruik onder de 10 W.&nbsp; Dit is de vermogenmeter die in Figuur 2 wordt getoond.</td></tr><tr><td>Vermogenmeter met sensor</td><td>Scientech, Inc</td><td>Vector S310</td><td>Voor gebruik onder de 30 W</td></tr><tr><td>Multimeter</td><td>Fluke</td><td>73III</td><td>Vergelijkbare modellen worden ook gebruikt; Aantal = 3</td></tr><tr><td>Dataverwerving</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ 9174 chassis met NI 9223 invoermodule</td><td>Gebruikt LabVIEW-software</td></tr><tr><td>Simichrome polijstmiddel</td><td>Happich GmbH</td><td></td><td>Polijstmiddel voor de nikkelbasis gebruikt in de MIM-diodedetector. Hoewel de nikkelbasis direct na het polijsten kan worden gebruikt, wordt typisch een levertijd van 12 uur aanbevolen.</td></tr><tr><td>Drukmeter</td><td>Wallace and Tiernan</td><td>61C-1D-0050</td><td>Serie 300; voor CO2 laser; Aantal = 3</td></tr><tr><td>Drukmeter met controller</td><td>Granville Phillips</td><td>Serie 375</td><td>Voor ver-infraroodlaser</td></tr><tr><td>Zirconiumoxide vilt</td><td>Zircar Zirconia</td><td>ZYF-vilt</td><td>Gebruikt als straalstop</td></tr><tr><td>Zirconiumoxide plaat</td><td>Zircar Zirconia</td><td>ZYZ-3-plaat</td><td>Gebruikt als straalstop; Aantal = 4</td></tr><tr><td>Teflon plaat</td><td>Scientific Commodities, Inc</td><td>BB96312-1248</td><td>1/32 inch dik; gebruikt voor de uitgangsvenster van de ver-infraroodlaser</td></tr><tr><td>Polypropyleen</td><td>C-Line sheet protectors</td><td>61003</td><td>Gebruikt voor de uitgangsvenster van de ver-infraroodlaser</td></tr><tr><td>Vakuumvet</td><td>Apiezon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Kepco</td><td>NTC 2000</td><td>PZT-voeding</td></tr><tr><td>PZT-buis</td><td>Morgan Advanced Materials</td><td></td><td>1 inch lengte, 1 inch buitendiameter, 0,062 inch dikte, omgekeerde polariteit (positieve spanning aan de buitenkant); Aantal = 3</td></tr><tr><td>ZnSe (AR-gecoat)</td><td>II-VI Inc</td><td></td><td>CO2 laservenster (Aantal = 3), lens en bundelsplitser (Aantal 3)</td></tr><tr><td>NaCl-venster</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Aantal = 1</td></tr><tr><td>CaF-venster</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Aantal = 2</td></tr><tr><td>Laserspiegels en roosters</td><td>Hyperfine, Inc</td><td></td><td>Goud-gecoat; inclusief positioneringsspiegels</td></tr><tr><td>Glazen laserbuizen en referentiecellen</td><td>Allen Scientific Glass</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MIM-diodedetector</td><td>Custom Microwave, Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Overig</td><td></td><td></td><td>Andere materialen omvatten magnetische basen, basisplaten, basisklemmen, XYZ-translatietafel, enz.</td></tr></tbody></table>

karakteriseren van ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

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

De generatie en de daaropvolgende meting van ver-infrarode straling heeft tal van toepassingen in hoge-resolutie spectroscopie, radioastronomie, en Terahertz imaging gevonden. Voor ongeveer 45 jaar, heeft het genereren van coherent, ver-infrarode straling bewerkstelligd met de optisch gepompte moleculaire laser. Zodra ver-infrarode laserstraling wordt gedetecteerd, worden de frequenties van deze laser, gemeten met een drie-laser heterodyne techniek. Met deze techniek, de onbekende frequentie van de optisch gepompte laser molecuulgewicht wordt gemengd met de verschilfrequentie tussen twee gestabiliseerde, infrarood referentiefrekwenties. Deze referentiefrequenties worden gegenereerd door onafhankelijke kooldioxidelasers elk gestabiliseerd met het fluorescentiesignaal uit een externe lagedruk referentiecel. De resulterende ritme tussen de bekende en onbekende laserfrequenties wordt bewaakt door een metaal-isolator-metaal punt contact diode detector waarvan de uitgang is waargenomen op plukjeTrum analyzer. De slagfrequentie tussen deze laseremissies wordt vervolgens gemeten en gecombineerd met de bekende referentiefrekwenties de onbekende verre-infrarode laser frequentie extrapoleren. De resulterende één sigma fractionele onzekerheid voor laserfrequenties gemeten met deze techniek is ± 5 delen 10 7. Nauwkeurig bepalen van de frequentie van verre-infrarode laser emissie is kritiek omdat ze vaak worden gebruikt als referentie voor andere metingen, zoals in high -Resolutie spectroscopische onderzoeken van vrije radicalen met behulp van laser magnetische resonantie. Als onderdeel van dit onderzoek, difluormethaan, CH2F 2, werd gebruikt als het verre-infrarode laser medium. In totaal werden acht ver-infrarood laser frequenties gemeten voor de eerste keer met frequenties variërend 0,359-1,273 THz. Drie van deze laseremissies werden ontdekt bij het ​​onderzoek en worden gemeld bij hun optimale werkdruk, polarisatie ten opzichte van de CO 2 </sub&gt; pomplaser en sterkte.

Zoals gezegd, de frequentie gerapporteerd voor een verre-infrarode laser emissie gemiddeld ten minste twaalf metingen uitgevoerd met ten minste twee verschillende CO 2 referentie laserlijnen. Tabel 2 worden de opgenomen voor 235,5 urn laseremissie bij gebruik van de gegevens 9 P 04 CO 2 pomp laser. Voor deze ver-infrarood laser emissie, werden veertien afzonderlijke metingen van de beat frequentie opgenomen. De eerste reeks metingen werden opgenomen tijdens het gebruik van...

We beschrijven de generatie van ver-infraroodstraling met behulp van een optisch gepompte moleculaire laser, samen met de meting van hun frequenties met heterodyne technieken. Het experimentele systeem en de technieken worden gedemonstreerd met behulp van difluormethaan (CH2F2) als lasermedium, waarvan de resultaten drie nieuwe laseremissies en acht gemeten laserfrequenties omvatten.

Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

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

Het algemene doel van deze procedure is het genereren van ver-infrarode laserstraling en het meten van de frequenties van de gegenereerde laseremissies met behulp van een drie-laser heterodyne techniek. Dit wordt bereikt door eerst koolstofdioxidelaserstraling in een ver-infrarode laserholte te sturen. De tweede stap bestaat uit het variëren van de bedrijfsparameters van beide laserholtes om ver-infrarode laserstraling te genereren en de gedetecteerde straling te observeren met een oscilloscoop.Vervolgens wordt de ver-infraroodstraling gemengd met twee referentiefrequenties van een kooldioxide-laser. Daarna wordt de resulterende verschilfrequentie bepaald. De laatste stap is het meten van meerdere verschilfrequenties om de frequentie van de ver-infraroodlaser te berekenen.Uiteindelijk wordt in dit onderzoek de drie-laser-heterodynetechniek gebruikt om acht ver-infraroodlaserfrequenties te meten die door Diora-methaan worden gegenereerd. Voor het eerst kunnen de resultaten van deze methode echter inzicht verschaffen in de spectroscopie van het laserend molecuul. Het kan ook worden toegepast op systemen die nauwkeurige frequenties vereisen, zoals hogeresolutiespectroscopie, radioastronomie en terahertz-beeldvorming.Beeldvorming Bereid u voor om te werken met potentieel schadelijke laserstraling door een geschikte oogbescherming te dragen. In dit deel van het protocol worden een kooldioxidelaser en een gepolijste koperen ver-infrarood laserholte gebruikt. Dit schema geeft een overzicht van hoe deze twee zijn opgesteld.De kooldioxidlaser zal de ver-infrarood laserholte pompen, die gevuld zal zijn met verdunde methaan. Voor dit experiment zal de output van de ver-infrarood laser worden gedetecteerd met een metaal-isolator-metaal puntcontact DDE-detector. Begin met het werken met de kooldioxidlaser ingesteld op de gewenste laserovergang, hier negen R twee acht.Plaats een beamstop bij de uitgang van de laser. Draai nu aan de micrometerschroef van de laser om de bundelintensiteit op de beamstop te maximaliseren. Pas daarnaast de kanteling van de lasergradering aan om de maximale intensiteit te bereiken.Blijf de micrometer DIO en de gradatie aanpassen totdat het uitgangsvermogen van de koolstofdioxidelaser geoptimaliseerd lijkt. Verwijder vervolgens de straalstop uit het pad. Zet daarna een optische chopper in het straalpad van de pomplaser aan en stel deze uit.Volgende stap. Open de klep van de difluormethaanfles om dit als medium in de holte van de ver-infraroodlaser te introduceren. Stel de doseerklep op de inlaatleiding zo in dat een druk van ongeveer 10 pascal of 75 militour wordt bereikt.Ga nu over tot het afstellen van de uitkoppelspiegel van de caviteit. Gebruik een externe staaf die aan de spiegel is bevestigd om de positie van de spiegel op ongeveer één centimeter van het midden van de caviteit in te stellen, zoals afgelezen op de gekalibreerde schaal. Zorg vervolgens dat de uitgang van de detector is aangesloten op een oscilloscoop.Bereid vervolgens het zoeken naar ver-infrarood laserstraling in de ver-infrarood caviteit voor. Gebruik de gekalibreerde micrometer om de beweegbare laserspiegel binnenin af te stellen. Stuur gelijktijdig de aangelegde spanning op de piëzo-elektrische transducer van de kooldioxidelaser aan om de laserfrequentie af te stemmen.Wanneer een laseremissie wordt waargenomen, zal de oscilloscoopgolfvorm veranderen van een platte lijn (die geen emissie representeert) naar een blokgolfvorm. Aangezien dit de aanwezigheid van een ver-infrarode laseremissie representeert, moet het signaalvermogen worden geoptimaliseerd voordat men verder gaat. Noteer vervolgens de positie van de specifieke caviteitsmodus op de micrometerschaal.Draai aan de micrometerknop met de klok mee om de volgende modus te vinden. Observeer dat de oscilloscoopcurve vlak wordt. Toon vervolgens opnieuw een blokgolf.Draai de schijf met de klok mee totdat in totaal 21 modi zijn gevonden. Noteer de eindpositie van de schijf en gebruik deze om de golflengte van de emissie te bepalen. Om de far-infrarood laserfrequenties te bepalen, kunnen twee koolstofdioxide-referentielasers worden gebruikt.Dit schema toont de volledige opstelling met de twee referentielasers, de pomplaser en de ver-infraroodholte. De configuratie is bedoeld voor een heterodyne-techniek met drie lasers, waarbij de twee referentielasers zo zijn ingesteld dat hun frequentieverschil binnen enkele gigahertz van de ver-infraroodfrequentie ligt, berekend op basis van de gemeten golflengte. Begin met een beamstop in het colineaire pad van de referentielasers.Werk met de output van één referentielaser en meet deze met een vermogensmeter. Beweeg de micrometer van de laser langzaam terwijl u de vermogensmeting in de gaten houdt en stel deze in op de positie die overeenkomt met het maximale vermogen. Gebruik, zodra dit is ingesteld, een inbussleutel om fijne aanpassingen te maken door de kanteling van de grading te wijzigen.Wissel tussen de twee om het uitgangsvermogen te optimaliseren. Nadat het uitgangsvermogen van elke referentielaser is geoptimaliseerd, moet elke laseriris worden afgesteld. Elke laser moet ongeveer 100 milliwatt vermogen leveren aan de vermogensmeter in het straalpad.Ga verder door de straal van de pomplaser te blokkeren. Vervang vervolgens de straalstop in het gedeelde pad van de referentielasers door een optische chopper. Monitor nu het oscilloscoopsignaal en probeer de op de detector gefocusseerde straling te maximaliseren.Vanaf de referentielasers. Blokkeer de tweede referentielaser en gebruik een plano-convexe lens om de straal van de eerste referentielaser op de detector te focussen. Blokkeer vervolgens de eerste referentiestraal en maak de tweede referentiestraal vrij.Stel de straalsplitser zo in dat het signaal van de tweede referentielaser op de detector wordt gemaximaliseerd. Let bij elke stap op de oscilloscoop en stop. Wanneer het pieksignaal is geoptimaliseerd, plaatst u de straalstop terug in het pad van de colineaire referentielaser.Verwijder de beam stop van de pomplaser. Monitor nu het uitgangsvermogen van de ver-infrarode emissie op de oscilloscoop. In dit geval is het vermogen al geoptimaliseerd.Zodra het vermogen is geoptimaliseerd, koppelt u de metaal-isolator-metaal diode-detector los van de oscilloscoop. Verbind de detector via een versterker met een spectrumanalyser. Verwijder op dit punt alle straalstoppers en optische choppers uit de paden van de pomp- en referentiestraal.Begin vervolgens met het zoeken naar het beatsignaal met behulp van de spectrumanalyser; stel de analyzer in op een span van 40 megahertz en zoek naar het beatsignaal in stappen van 1,5 gigahertz. Stop zodra er een beatsignaal is gevonden. Wanneer het signaal is gevonden, begin dan met het stabiliseren van de referentiefrequenties.Focus op één referentielaser en breng tussen 0 en 900 volt aan op de piëzo-elektrische transducer ervan, zodat het signaal van de fluorescentiereferentiecel zich in het centrum van de lamb-dip bevindt. Activeer een lock-in versterker om het signaal in het centrum van de lamb-dip te houden en herhaal dezelfde stappen voor de tweede referentielaser om de beatfrequentie te meten. Centreer het beatsignaal op de spectrumanalyser en pas de amplitude aan om de grootte op het display te maximaliseren.Stel de spectrumanalysator zo in dat het ogenblikkelijke signaal in blauw en het maximale signaal in geel gelijktijdig worden weergegeven voor een bepaalde caviteitsmodus. Draai de micrometerknop van de ver-infrarood laserholte heen en weer. Observeer de resulterende versterkingscurve op de spectrumanalysator.Zodra het symmetrisch is, gebruik dan de weergavefunctie om het spoor van het maximumsignaal te bevriezen om het teken van de beatsignaalfrequentie te bepalen. Noteer de verschuiving van de beatsignaalfrequentie wanneer de micrometer schaalverdeling licht met de klok mee wordt gedraaid. Om het beatsignaal van de centrale frequentie te meten, plaatst u markeringen op de punten van de volle breedte op de helft van het maximum van het symmetrische patroon dat wordt geproduceerd door het spoor van het maximum.Gebruik vervolgens de span-pair-functie van de spectrumanalyzer. Hier staan de gemiddelde ver-infrarood laserfrequenties die voor het eerst zijn gemeten met dit protocol en met gebruik van difluormethaan in de ver-infrarood holte. Gemiddelden zijn gebaseerd op ten minste 12 metingen, uitgevoerd met ten minste twee verschillende sets koolstofdioxidereferentielaserlijnen.De gemarkeerde rijen komen overeen met nieuw ontdekte laseremissies. Evaluatie van de inherente onzekerheden in het systeem en een vergelijking met eerder gerapporteerde frequenties suggereren een fractionele onzekerheid van één sigma van vijf delen per 10 miljoen. Er werd waargenomen dat de nieuwe laseremissies, zodra deze beheerst waren, een vermogen hadden in het bereik van 1/1000 tot 1/100 van een milliwatt.Deze techniek kan worden gebruikt om de frequentie van sterke laseremissies in ongeveer een uur of twee nauwkeurig te bepalen. Vergeet niet dat het werken met infraroodlasers en externe infraroodlasers extreem gevaarlijk kan zijn; tijdens het uitvoeren van deze procedure moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen, waaronder适当 oogbescherming, ventilatie en herhaalde inspectie van de apparatuur, met bijzondere aandacht voor elektrische risico's en watergevaren.

characterizing-far-infrared-laser-emissions-measurement-their

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een verwijzing interferometer techniek, die is ontworpen om ongewenste laser jitterruis voor NanoDetection verwijderen, wordt gebruikt voor het sonderen van een ultra-hoge kwaliteit factor microcavity. Aanwijzingen voor de montage, installatie, en data-acquisitie worden verstrekt, naast het meetproces voor het opgeven van de holte kwaliteitsfactor.

Implementatie van een Reference Interferometer voor NanoDetection

Dit is een instructie papier begeleiden de bouw en diagnostiek van externe holte diodelasers (ECDLs), inclusief component selectie en optische uitlijning, alsook de basisprincipes van frequentiereferentie spectroscopie en laser lijnbreedtemetingen voor toepassingen op het gebied van atoomfysica.

Constructie en karakterisering van externe Cavity Diode Lasers voor Atomic Physics

Tijdopgeloste atomaire en moleculaire diatomische soorten worden gemeten met behulp van LIBS. De spectra worden verzameld op verschillende tijdvertragingen na generatie optische analyse plasma met Nd: YAG laser straling en geanalyseerd om elektronendichtheid en de temperatuur afleiden.

Meting en analyse van atomair waterstof en Diatomic Moleculaire AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, en TiO Spectra Following Laser-induced Optische Breakdown

Het manuscript beschrijft een methode van door fononen geassisteerde quasi-resonante fluorescentiespectroscopie die zowel laser-gelimiteerde resolutie als fotoluminescentie (PL) spectroscopie omvat. Deze methode maakt gebruik van optische fononen om lijnbreedte-gelimiteerde resolutiespectra van atomachtige halfgeleiderstructuren in het energiedomein te leveren. De methode kan ook eenvoudig worden gerealiseerd met een enkele spectroscopische opstelling voor optische spectroscopie.

High Resolution Phonon ondersteunde Quasi-resonantie fluorescentiespectroscopie

Presenteren we een protocol voor indringende ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties die in moleculaire dissociatie resulteren.

Meting van de ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties met sterke-veld adiabatische ionisatie

Hier presenteren we een protocol voor het uitvoeren van gevoelige, ruimtelijk opgelost gas spectroscopie in de regio Midden-infrarood, met behulp van ontaarde vier-Golf mengen gecombineerd met upconversion detectie.

Infrarood gedegenereerde vier-Golf mengen met Upconversion detectie voor kwantitatieve Gas detectie

We beschrijven de toepassing van infrarood nano spectroscopie en hoge-resolutie atomaire kracht microscopie om het proces van eiwit zelf montage te visualiseren in oligomere aggregaten en amyloïde fibrils, die nauw verbonden is met het ontstaan en de ontwikkeling van een breed scala aan humane neurodegeneratieve aandoeningen.

Karakteriseren van individuele eiwit aggregaten door infrarood nano spectroscopie en Atoom kracht microscopie

Details van signaalgeneratie en -optimalisatie, meting, gegevensverwerving en gegevensverwerking voor een femtotweede time-resolved near-IR gestimuleerde Raman spectrometer worden beschreven. Een nabij infrarood gestimuleerde Raman studie over de opgewonden-staat dynamiek van β-caroteen in tolueen wordt getoond als een representatieve toepassing.

Ultrasnelle time-resolved Near-IR Stimulated Raman Metingen van Functionele π-conjugaat Systemen

Dit protocol beschrijft de toepassing van atoomkrachtmicroscopie en infraroodspectroscopie op nanoschaal om de prestaties van fotothermische infraroodspectroscopie op nanoschaal te evalueren bij de karakterisering van driedimensionale multipolymere monsters.

Vooruitgang in infraroodspectroscopie op nanoschaal om meerfasige polymere systemen te onderzoeken

Dit artikel presenteert de Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR) techniek voor lokale niet-destructieve thermische karakterisering en beeldvorming.

De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen

Leer ver-infrarood laserstraling genereren en hun frequenties meten met heterodyne-technieken. Deze methode gebruikt difluormethaan en levert drie nieuwe laseremissies en acht gemeten frequenties op.

Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

Meer video's verkennen