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

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.