Name: A caracterização das emissões laser Far-infrared e da medição de suas frequências (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Aprenda a gerar radiação laser no infravermelho distante usando um laser molecular bombeado opticamente com difluorometano. Meça frequências precisas com técnicas heterodino de três lasers.

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Este trabalho foi apoiado em parte pelo Washington Space Grant Consortium sob o Prêmio NNX10AK64H.

1. Planejamento de Experimentos <ol><li> Realizar um levantamento da literatura para avaliar o trabalho prévio realizado utilizando o meio de laser de interesse, que para este experimento é CH 2 F 2. Identificar todas as emissões de laser conhecidos, juntamente com todas as informações sobre as linhas, como seu comprimento de onda e frequência. Várias pesquisas de emissões laser conhecidos estão disponíveis 13,31 - 37. </li><li> Compilar todas as investigações espectroscópicos da molécula utilizada como meio de laser com foco em Fourier antes transformar 34 e optoacoustic estudos 38,39. </li></ol> 2. Emissões Geradoras Far-Infrared Laser <ol><li> Visão geral de segurança. <ol><li> Desenvolver um procedimento operacional padrão para o laboratório que inclui a proteção adequada para os olhos quando se trabalha com o sistemas de laser infravermelho distante CO 2 e. </li></ol></li><li> Alinhamento e calibração. <ol><li> Calibrar cada CO 2 laser usando um analisador de espectro grade à base concebido para o laser de CO 2 de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Alinhe os espelhos finais e espelho de acoplamento na cavidade do laser infravermelho distante usando um laser de He-Ne para que a sua radiação é focalizada no detector de diodo MIM. </li><li> Dirigir a radiação do laser de CO 2 de bomba para dentro da cavidade do laser infravermelho distante através de uma janela de cloreto de sódio a um ângulo de aproximadamente 72o em relação ao eixo da cavidade. </li><li> Orientar a radiação dos dois lasers CO 2 de referência seja para a célula de referência respectiva fluorescência de baixa pressão ou co-linearmente sobre o detector de diodo MIM usando divisores de feixe e espelhos adicionais. </li></ol></li><li> A detecção de radiação laser infravermelho distante. <ol><li> Polir a base de níquel cada vários dias usando um polonês de metal padrão. </li><li> Crimp um fio de tungstênio de 25 um em um posto de cobre e dobre o fio no formações doção mostrado na Figura 3. </li><li> Ajustar o comprimento do fio de modo que é entre 10 a 20 comprimentos de onda da radiação a ser medida. </li><li> Electroquimicamente etch a ponta do fio numa solução saturada de hidróxido de sódio (NaOH) por aplicação de uma tensão (cerca de 3,5 a 5 VAC) à solução. </li><li> Re-gravar a ponta com uma tensão baixa (menos de 1 VAC). Isto torna áspera a ponta do fio e melhora o desempenho do diodo. </li><li> Lavar o fio com água destilada. </li><li> Insira o cargo de cobre em habitação do diodo MIM uma vez que o fio está seca. </li><li> Coloque o fio em contacto com a base de níquel utilizando um sistema de parafuso e nível fino. Contactos obtendo-se uma resistência através do diodo entre 100 e 500 Ω são tipicamente usados ​​quando a detecção e medição de radiação laser infravermelho distante. </li></ol></li><li> Geração de radiação laser infravermelho distante. <ol><li> Defina a laser da bomba CO 2 em um em específico a laserissão, por exemplo., 9 P 36. </li><li> Gire o micrômetro sobre o laser de CO 2 bomba para trás e para atingir intensidade máxima no batente feixe. </li><li> Ajuste a inclinação do gradeamento a bomba do laser de CO 2 para atingir intensidade máxima no batente feixe. </li><li> Repita os passos 2.4.2 e 2.4.3 até que a potência de saída para o laser da bomba de CO 2 parece otimizado na parada feixe. </li><li> Remover o batente de feixe a partir do caminho do laser de CO 2 da bomba. </li><li> Ligue e alinhar o helicóptero óptica no caminho do feixe do laser da bomba CO 2. </li><li> Abrir a válvula na CH2F cilindro 2 para introduzir o meio de laser infravermelho distante para dentro da cavidade do laser infravermelho distante. </li><li> Ajustar a válvula de medição na linha de entrada até uma pressão de aproximadamente 10 Pa, é atingida. Nota: Apenas a pressão aproximada é necessário, uma vez que é utilizado como uma forma de sistematicamente digitalizar o laser infravermelho distante cavity. </li><li> Definir a posição do acoplador de saída de tal modo que a sua ponta mais exterior é de cerca de 1 cm a partir do meio da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora da cavidade do laser. Nota: Apenas a localização aproximada é necessário, uma vez que é utilizado como uma forma de sistematicamente a digitalização da cavidade do laser infravermelho distante. </li><li> Ajuste a posição do espelho do laser infravermelho distante móvel em aproximadamente 0,25 mm incrementos por rotação do micrômetro calibrado e para trás. Simultaneamente sintonizar a frequência do laser de CO 2 da bomba através da sua curva de ganho mudando a voltagem aplicada através do transdutor piezoeléctrico a bomba de laser de CO 2 (PZT). </li><li> Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir o passo 2.4.10 com o acoplador de saída movido para a sua posição seguinte onde a ponta é de cerca de 1,5 cm a partir do meio da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora do laser cavidade. </li><li> Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir o passo 2.4.10 com o acoplador de saída movido para a sua posição seguinte onde a ponta é de cerca de 2 cm do centro da cavidade do laser, tal como indicado por uma escala calibrada do lado de fora do laser cavidade. </li><li> Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir os passos através 2.4.9 2.4.12 com uma pressão de laser infravermelho distante de cerca de 19 Pa ajustado com a válvula de medição na linha de entrada. </li><li> Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, repetir os passos através 2.4.9 2.4.12 com uma pressão de laser infravermelho distante de cerca de 27 Pa ajustado com a válvula de medição na linha de entrada. </li><li> Se nenhum sinal for observada no mostrador do osciloscópio, inserir o batente de feixe para o caminho do laser de CO 2 bomba e fechar a válvula no CH2F 2 do cilindro até que a pressão do laser infravermelho distante é de cerca de 0 Pa. </li><li> Defina a bomba de CO 2laser para a próxima emissão do laser, por exemplo, 9 P 34, e otimizar a potência de saída usando as etapas 2.4.2 através de 2.4.4. </li><li> Repita os passos 2.4.5 através de 2.4.16 até que todas as emissões geradas pelo laser bomba de CO2 são usados. Ao procurar por linhas de laser infravermelho distante, coloque um foco nas emissões de CO 2 a laser de bomba cujas frequências se sobrepõem a quaisquer regiões de absorção identificados na etapa 1.2. </li></ol></li><li> A caracterização das emissões de laser infravermelho distante. <ol><li> Simultaneamente ajustar a pressão do meio de laser de infravermelho distante, a tensão aplicada ao PZT a bomba de laser de CO 2, e a posição do acoplador de saída até que a potência de saída da emissão do laser de infravermelho distante é maximizada (determinada por um pico-a- máximo sinal de pico a partir do detector de díodo MIM como observado no mostrador do osciloscópio, semelhante à da Figura 4). </li><li> Rode o micrómetro até a emissão do laser infravermelho distante é observado nao visor osciloscópio. Grave a posição do micrômetro. </li><li> Rode o micrômetro por mais 20 modos correspondentes à mesma emissão laser infravermelho distante. Grave a posição do micrômetro. </li><li> Subtraia a posição do micrômetro em passos 2.5.2 e 2.5.3. Esta diferença é dividida por 10 para obter o comprimento de onda da emissão do laser de infravermelho distante. </li><li> Repetir passos 2.5.2 2.5.4 através de um total de cinco vezes e fazer a média do comprimento de onda da emissão do laser de infravermelho distante. Comprimentos de onda do laser médios obtidos percorrendo pelo menos 20 modos longitudinais adjacentes tem uma incerteza de um sigma de ± 0,5 mm. </li><li> Medir a polarização da radiação laser infravermelho distante, em relação à radiação bomba de CO 2, utilizando um fio de ouro polarizador-grade (394 linhas / cm) ou um polarizador de Brewster. </li></ol></li></ol> 3. Determinar Far-Infrared Laser Frequencies <ol><li> Identificaring as emissões de CO 2 de laser de referência. <ol><li> Calcule a frequência da emissão de laser infravermelho distante com base em seu comprimento de onda medido. </li><li> Identificar conjuntos de linhas de laser de CO 2 de referência cuja diferença de frequência está dentro de vários GHz da freqüência calculado para a emissão do laser infravermelho distante 40. Uma lista típica usado para tais medições são apresentados na Tabela 1. </li></ol></li><li> Pesquisando para o sinal de batida heterodyne. <ol><li> Identificar o primeiro conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência e definir cada laser de CO 2 de referência sobre a respectiva emissão laser. </li><li> Optimizar a potência de saída para cada laser referência CO 2, utilizando passos 2.4.2 e 2.4.4 através do medidor de energia do monitor. <ol><li> Ajustar uma íris, interna ou externa para cada laser de referência, de modo que a energia a partir de cada laser de CO 2 de referência é de aproximadamente 100 mW, conforme medido pelo medidor de energia do monitor mostrado naFigura 2. </li></ol></li><li> Bloquear a radiação do laser de CO 2 da bomba através de uma paragem do feixe de radiação, enquanto o desbloqueio dos lasers de referência CO 2. </li><li> Ligar e alinhar o helicóptero óptica no caminho do feixe de co-linear dos lasers de referência CO 2. </li><li> Optimizar a voltagem máxima de pico-a-pico cada CO 2 de referência de emissão de laser sobre o detector de díodo MIM usando vários espelhos, divisores de feixe, e uma lente plano-convexa com 2,54 cm de distância focal ZnSe, enquanto observando a saída no osciloscópio, semelhante à Figura 5 . </li><li> Bloquear a radiação dos lasers CO 2 de referência, utilizando um feixe de parada enquanto desbloquear a radiação do laser da bomba CO 2. </li><li> Re-optimizar o laser de CO 2 e a bomba a laser infravermelho distante, como necessário, de modo que a emissão de laser infravermelho distante tem uma tensão máxima de pico-a-pico como observado no osciloscópio. </li><li> Desconecte tele MIM saída do detector de diodo do osciloscópio e conectá-lo a um amplificador, cuja produção é observado em um analisador de espectro. </li><li> Desbloquear a radiação de referência os lasers de CO2. </li><li> Remova os helicópteros ópticos modulando o CO 2 bombas e lasers de referência. </li><li> Defina o analisador de espectro em um período de 40 MHz e procurar o sinal de batida em incrementos de 1,5 GHz, digitalizando manualmente esta faixa de freqüência utilizando o botão de ajuste do analisador de espectro. </li><li> Se nenhum sinal de batida é observado, desligue a saída do diodo MIM do amplificador e conecte-o ao osciloscópio. </li><li> Bloquear a radiação dos lasers de referência CO 2 e reinsira o helicóptero óptica no caminho do laser da bomba CO 2. </li><li> Repita os passos através 3.2.2 3.2.13 conforme necessário até que o analisador de espectro tem sido usado para procurar o sinal de batimento entre 0 e 12 GHz. </li><li> Se nenhum sinal de batida é observado, repeem etapas 3.2.2 através de 3.2.14 com um outro conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência até que o sinal de batimento é observado ou todos os conjuntos possíveis de linhas de laser de CO 2 de referência estão esgotados. </li></ol></li><li> Estabilizar as freqüências de referência de CO 2. <ol><li> Aplicar uma voltagem entre 0 e 900 V para o PZT do primeiro laser de referência de CO 2, de modo que o sinal do seu respectivo célula de referência de fluorescência está no centro do mergulho Cordeiro, ilustrado na Figura 6 e como vista num osciloscópio como na Figura 7. </li><li> Activa a tensão de retorno aplicada a PZT do primeiro laser de CO 2 de referência usando um amplificador / servo construído sob encomenda lock-in, de modo que ele permanece bloqueado para o centro do mergulho do cordeiro. </li><li> Repita os passos 3.3.1 e 3.3.2 para o segundo laser de CO 2 de referência. </li><li> Visualmente monitorar a saída do pré-amplificador num osciloscópio, como na Figura 7, a PTCertifique-se os lasers de referência permanece bloqueado. </li></ol></li><li> A medição da freqüência de batimento. <ol><li> Centrar o sinal de batimento no visor analisador de espectro e ajustar a sua amplitude para maximizar o seu tamanho no visor. </li><li> Defina o analisador de espectro para ver dois traços simultâneas do sinal de batimento, como na Figura 8, selecionando o recurso Write claro para ambos Traço 1 e 2. Seguir Um traço irá exibir o sinal instantâneo enquanto o outro vai gravar o sinal máximo (usando uma funcionalidade de espera Max no analisador de espectro para o segundo traço). </li><li> Gire o micrômetro na cavidade do laser infravermelho distante e para trás em toda a curva de ganho para um determinado modo de cavidade. </li><li> Use o recurso Vista no analisador de espectro para congelar a segunda (Max Hold) trace uma vez um padrão simétrico é obtido. </li><li> Ligeiramente girar a micrómetro para diminuir o comprimento da cavidade do laser infravermelho distante. Simultaneamente observar os subsequent pequena mudança na frequência de batimento no analisador de espectro devido a este ligeiro aumento da frequência do laser infravermelho distante. </li><li> Coloque marcadores na largura total, a metade pontos máximos do padrão simétrico (trace Max espera), utilizando a função de marcador com o recurso Delta no analisador de espectro. </li><li> Medir a frequência central do sinal de batida usando o recurso Span Pair no analisador de espectro. </li><li> Repita os passos 3.4.1 através de 3.4.7. </li><li> Desengatar o bloqueio no amplificador / servo para cada laser de CO 2 de referência para desbloquear cada laser a partir da sua frequência central e re-otimizar cada laser referência CO 2. </li><li> Re-travar os lasers de referência usando as etapas 3.3.1 através de 3.3.4. </li><li> Repita os passos através 3.4.1 3.4.10 para um total de 6 medições. Uma vez completo, desbloquear cada laser de CO 2 de referência a partir da sua frequência central. </li><li> Calcular a freqüência revista da emissão laser infravermelho distante com estes batida frefre- obter uma previsão precisa para o segundo conjunto de linhas de laser de CO 2 de referência. </li><li> Identificar um conjunto diferente de CO 2 linhas de laser de referência cuja diferença de frequência está dentro de vários GHz da freqüência calculado para a emissão do laser infravermelho distante. </li><li> Otimizar o próximo conjunto de CO 2 linhas de laser de referência no detector de diodo MIM e obter o sinal de batida usando as etapas 3.2.2 através de 3.2.15, conforme necessário. </li><li> Bloquear o novo conjunto de CO 2 linhas de laser de referência usando as etapas 3.3.1 através de 3.3.4. </li><li> Repita os passos através 3.4.1 3.4.10 para um total de 6 medições. Uma vez completo, desbloquear cada laser de CO 2 de referência a partir da sua frequência central. </li><li> Inserir feixe pára nos caminhos dos CO 2 bombas e lasers de referência. </li></ol></li><li> Cálculo da frequência do laser infravermelho distante. <ol><li> Calcule o desconhecido frequência do laser infravermelho distante, ν FIR, usando a ser medidoa frequência através da relação FIR = | vmax CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | batida ν | Eq. 1 onde | vmax CO2 (I) -ν CO2 (II) | é a magnitude da diferença de frequência sintetizados pelos dois lasers de CO 2 e de referência | batida vmax | é a magnitude da freqüência de batimento. O sinal ± na Eq. 1 é determinada experimentalmente a partir do passo 3.4.5. </li><li> Obter uma frequência média e calcular oincerteza. </li></ol></li></ol>

Certos equipamentos comerciais são identificados neste artigo para promover a compreensão. Tal identificação não implica recomendação ou endosso por parte dos autores, nem implica que o equipamento identificado seja necessariamente o melhor disponível para o efeito.

Há vários passos críticos no âmbito do protocolo que é necessário um debate adicional. Quando se mede o comprimento de onda do infravermelho distante, tal como descrito no passo 2.5.3, é importante para assegurar o mesmo modo da emissão do laser de infravermelho distante está a ser utilizado. Vários modos de um comprimento de onda de laser de infravermelho distante (isto é, 00 TEM, TEM 01, etc.) pode ser gerado dentro da cavidade do laser e, assim, é importante identificar os modos de cavi...

A medição de freqüências de laser infravermelho distante foi realizada pela primeira vez por Hocker e colegas de trabalho em 1967. Eles mediram as frequências dos 311 e 337 mm emissões da descarga directa de laser cianeto de hidrogênio, misturando-os com harmônicos de alta ordem de um sinal de microondas em um díodo de silício 1. Para medir freqüências mais altas, uma cadeia de lasers e dispositivos de mistura harmônica foram usadas para gerar as harmônicas de laser 2. Eventualmente dois estabilizado dióxido de carbono (CO 2) lasers foram escolhidos para sintetizar a diferença necessária frequências 3,4. Hoje em dia, as frequências de laser infravermelho distante até 4 THz pode ser medido com esta técnica utilizando apenas a primeira harmónica da frequência diferença gerado pelos dois estabilizado lasers de CO 2 de referência. Aumento das emissões de laser de frequência, também pode ser medido usando a segunda harmónica, tal como as emissões de laser 9 THz do isotopólogos metanol CHD 2 OH e CH 3 </sub&gt; 18 OH 5,6 Ao longo dos anos., a medição precisa das frequências de laser tem impactado uma série de experimentos científicos 7,8 e permitiu a adopção de uma nova definição do metro pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em Paris em 1983. 9 - 11 Heteródina técnicas, tais como os descritos, têm sido extremamente benéfica na medição das frequências de laser infravermelho distante gerados por lasers moleculares bombeados opticamente. Desde a descoberta do laser bombeado opticamente molecular por Chang e Pontes 12, milhares de emissões de laser bombeado opticamente longe do infravermelho foram gerados com uma variedade de meios de laser. Por exemplo, dif luorometano (CH2F 2) e os seus isotopólogos gerar mais de 250 quando as emissões de laser bombeado opticamente por um laser de CO 2. Seus comprimentos de onda variam de cerca de 95,6 uM para 1714,1 13. - </sup&gt; 15 Cerca de 75% dessas emissões de laser tiveram suas freqüências medida enquanto vários foram spectroscopically atribuído 16-18. Estes lasers, e as suas frequências medidos com precisão, têm desempenhado um papel crucial no avanço da espectroscopia de alta resolução. Eles fornecem informações importantes para estudos espectrais de infravermelhos dos gases laser. Muitas vezes, essas freqüências laser são usados ​​para verificar a análise dos espectros de infravermelho e infravermelho distante, pois fornecem conexões entre os níveis estado vibracional excitado que muitas vezes são inacessíveis diretamente de espectros de absorção 19. Eles também servem como fonte de radiação primária para estudos que investigam transitórios, radicais livres de curta duração com a técnica de ressonância magnética de laser 20. Com esta técnica extremamente sensível, espectros Zeeman rotacional e ro-vibracional em átomos paramagnéticos, moléculas e íons moleculares podem ser recorded e analisado, juntamente com a capacidade para investigar as taxas de reacção utilizadas para criar esses radicais livres. Neste trabalho, um laser bombeado opticamente molecular, mostrado na Figura 1, foi usado para gerar a radiação laser infravermelho distante de difluorometano. Este sistema é composto por uma onda contínua (CW) laser de CO 2 e uma bomba de cavidade do laser infravermelho distante. Um espelho interno para a cavidade do laser infravermelho distante redirecciona o CO 2 radiação laser através do tubo de cobre polido, submetendo-se vinte e seis reflexões antes de terminar na extremidade da cavidade, espalhando qualquer radiação bomba restante. Portanto, o meio laser infravermelho distante está animado usando uma geometria de bombeamento transversal. Para gerar a ação do laser, diversas variáveis ​​são ajustadas, alguns em simultâneo, e todos são, posteriormente, uma vez otimizado radiação laser é observado. Nesta experiência, a radiação laser infravermelho distante é monitorizada por um metal-insulator-de metal (MIM) ponto de contato detector de diodo. O detector de díodo MIM foi usado para medições de frequência de laser desde 1969. 21-23 Em medições de frequência de laser, o detector de díodo MIM é um misturador harmónica entre duas ou mais fontes de radiação incidente sobre o diodo. O detector de diodo MIM consiste de um fio de tungstênio afiadas entrar em contato com uma base de níquel polido opticamente 24. A base de níquel tem uma fina camada de óxido que ocorre naturalmente que é a camada isolante. Uma vez que foi detectada uma emissão de laser, seu comprimento de onda, polarização, força e pressão de operação otimizada foram registrados enquanto sua freqüência foi medida usando a técnica heterodyne de três a laser 25-27 seguindo o método descrito originalmente em Ref. 4. A Figura 2 mostra o laser bombeado opticamente molecular com dois cw lasers de CO 2 de referência adicionais STA tendo frequência independentebilização sistemas que utilizam o mergulho Cordeiro no sinal de fluorescência de 4,3 mm a partir de uma célula de referência de baixa pressão externa, 28. Este manuscrito descreve o processo usado para procurar por emissões de laser infravermelho distante, bem como o método para estimar seu comprimento de onda e em determinar com precisão a sua frequência. Detalhes sobre a técnica heteródino três laser, bem como os vários componentes e parâmetros de operação do sistema pode ser encontrada na Tabela Suplementar A, juntamente com as referências 4, 25-27, 29, e 30.

<table><tbody><tr><td>Bomba de vácuo</td><td>Leybold</td><td>Trivac D4A</td><td>HE-175 óleo; Quantidade = 3</td></tr><tr><td>Bomba de vácuo</td><td>Leybold</td><td>Trivac D8B ou D16B</td><td>Fomblin Fluid; Quantidade = 1 de cada</td></tr><tr><td>bomba de vácuo</td><td>Leybold</td><td>Trivac D25B</td><td>HE-175 óleo; Quantidade = 1</td></tr><tr><td>Chopper óptico com controlador</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR540</td><td></td></tr><tr><td>Amplificador de bloqueio</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Analisador de espectro</td><td>Agilent</td><td>E4407B</td><td>ESA-E Series, Amplificador de analisador de espectro de 9 kHz a 26,5 GHz</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Miteq</td><td>AFS-44</td><td>Fornece amplificação de sinais entre 2 e 18 GHz. O amplificador é alimentado por uma fonte de alimentação CC de saída tripla da Hewlett Packard, modelo E3630A.</td></tr><tr><td>Amplificador&nbsp;</td><td>Avantek</td><td>AWL-1200B</td><td>Fornece amplificação de sinais inferiores a 1,2 GHz.</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Hewlett Packard</td><td>E3630A</td><td>Fonte de alimentação DC de baixa tensão para amplificador.</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Glassman</td><td>KL Series</td><td>Fonte de alimentação de alta tensão para os lasers CO2; Quantidade = 2; polaridade negativa</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Fluke</td><td>412B</td><td>Fonte de alimentação de alta tensão usada com o NIST Detector de Amplificador de Alta Tensão Assimétrico</td></tr><tr><td></td><td>Judson Infrared Inc</td><td>J10D</td><td>Para célula de fluorescência; Quantidade = 2</td></tr><tr><td>CO2 analisador de espectro a laser</td><td>Engenharia Óptica&nbsp;</td><td>16-A</td><td>Atualmente vendido pela Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Placas de imagem térmica com luz UV</td><td>Engenharia Óptica&nbsp;</td><td></td><td>Usado principalmente para alinhar os lasers de referência CO2. Atualmente vendido pela Macken Instruments Inc.</td></tr><tr><td>Resistores</td><td>Ohmite&nbsp;</td><td>L225J100K</td><td>100 kW, 225 W. Entre 4 a 6 resistores são usados em cada sistema de lastro. Cada laser CO2 tem seu próprio sistema de lastro. Os ventiladores são usados para resfriar os resistores.</td></tr><tr><td>Relé HV, SPDT</td><td>CII Technologies</td><td>H-17</td><td>Quantidade = 3; um para cada Amplificador de laser CO2</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Pesquisa Aplicada de Princeton</td><td>PAR 113</td><td>Usado com célula de fluorescência; Quantidade = 2</td></tr><tr><td>Osciloscópio</td><td>Tektronix</td><td>2235A</td><td>Modelos semelhantes também são usados; Quantidade = 2</td></tr><tr><td>Osciloscópio/Amplificador diferencial</td><td>Tektronix</td><td>7903 osciloscópio com amplificador</td><td></td>diferencial 7A22</tr><tr><td>Medidor de potência com sensor</td><td>Coherent</td><td>200</td><td>Para uso abaixo de 10 W.&nbsp; Este é o medidor de potência mostrado na Figura 2.</td></tr><tr><td>Medidor de potência com sensor</td><td>Scientech, Inc</td><td>Vector S310</td><td>Para uso abaixo de 30 W</td></tr><tr><td>Multímetro</td><td>Fluke</td><td>73III</td><td>Modelos semelhantes também são usados; Quantidade = 3</td></tr><tr><td>Aquisição de dados</td><td>Chassi National Instruments</td><td>NI cDAQ 9174 com módulo de entrada NI 9223</td><td>Usa o software LabVIEW</td></tr><tr><td>Simichrome polish</td><td>Happich GmbH</td><td></td><td>Polish para a base de níquel usada no detector de diodo MIM. Embora a base de níquel possa ser usada imediatamente após o polimento, normalmente é recomendado um prazo de entrega de 12 horas.</td></tr><tr><td>Manômetro</td><td>Wallace e Tiernan</td><td>61C-1D-0050</td><td>Série 300; para laser CO2; Quantidade = 3</td></tr><tr><td>Manômetro com controlador</td><td>Granville Phillips</td><td>Série 375</td><td>Para laser infravermelho distante</td></tr><tr><td>Feltro de óxido de zircônio</td><td>Zircônia</td><td>Sentido ZYF</td><td>Usado como parada</td></tr><tr><td>de feixe Placa de óxido de zircônio Placa de</td><td>zircônia</td><td>ZYZ-3</td><td>Usado como parada de feixe; Quantidade = 4</td></tr><tr><td>folhas de Teflon</td><td>Scientific Commodities, Inc</td><td>BB96312-1248</td><td>1/32 polegada de espessura; usado para a janela de saída do laser infravermelho distante</td></tr><tr><td></td><td>Polipropileno C-Line protetores de folha</td><td>61003</td><td>usado para a janela de saída do laser infravermelho distante</td></tr><tr><td>Graxa a vácuo</td><td>Apiezon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Kepco</td><td>NTC 2000</td><td>PZT fonte de alimentação</td></tr><tr><td>Tubo PZT</td><td>Morgan Advanced Materials</td><td></td><td>1 polegada de comprimento, 1 polegada de diâmetro externo, 0.062 polegada de espessura, polaridade reversa (tensão positiva na parte externa); Quantidade = 3</td></tr><tr><td>ZnSe (revestido com AR)</td><td>II-VI Inc</td><td></td><td>CO2 janela de laser (Quantidade = 3), lente e divisor de feixe (Quantidade 3)</td></tr><tr><td>Janela de NaCl</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Quantidade = 1</td></tr><tr><td>janela CaF</td><td>Edmond Optics</td><td></td><td>Quantidade = 2</td></tr><tr><td>espelhos e grades de laser</td><td>Hyperfine, Inc</td><td></td><td>Revestido a ouro; inclui espelhos de posicionamento</td></tr><tr><td>Tubos de laser de vidro e células de referência</td> Detector de diodo MIM <td>de vidro</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Allen Scientific Custom Microwave, Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Outros</td><td></td><td></td><td>outros materiais incluem bases magnéticas, placas de base, grampos de base, estágio de tradução XYZ, etc.</td></tr></tbody></table>

a caracterização das emissões laser far-infrared e da medição de suas frequências

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

A geração e subsequente medição da radiação infravermelho distante tem encontrado inúmeras aplicações em espectroscopia de alta resolução, a radioastronomia, e Terahertz imagem. Para cerca de 45 anos, a geração de radiação coerente, longe do infravermelho foi realizada utilizando o laser bombeado opticamente molecular. Uma vez que a radiação laser infravermelho distante é detectado, as frequências destas emissões laser são medidos usando uma técnica heterodyne três laser. Com esta técnica, a frequência desconhecida do laser molecular de bombeamento óptico é misturado com a frequência diferença entre duas freqüências de referência, infravermelho estabilizados. Estas frequências de referência são gerados por lasers de dióxido de carbono independentes, cada estabilizado usando o sinal de fluorescência a partir de uma célula de referência externo, a baixa pressão. A batida resultante entre as freqüências de laser conhecidos e desconhecidos é monitorado por um ponto de contato detector de diodo metal-isolante-metal de cuja produção é observado em uma especificaçãoanalisador trum. A frequência de batimento entre essas emissões laser é posteriormente medidos e combinados com as frequências de referência conhecidos para extrapolar o desconhecido frequência do laser infravermelho distante. A incerteza fracionária resultante de um sigma de frequências de laser medidos com esta técnica é de ± 5 partes em 10 7. Precisão determina a frequência das emissões de laser infravermelho distante é crítica como eles são muitas vezes utilizados como referência para outras medições, como no alto investigações -resolução espectroscópicos de radicais livres usando ressonância magnética laser. Como parte desta investigação, difluorometano, CH2F 2, foi usado como o meio de laser infravermelho distante. Ao todo, oito freqüências de laser infravermelho distante foram medidos pela primeira vez com freqüências variando 0,359-1,273 THz. Três dessas emissões laser foram descobertos durante este inquérito e são relatados com a sua pressão de funcionamento óptimo, a polarização em relação ao CO 2 </sub&gt; bombear a laser, e força.

Como mencionado, a frequência descrita uma emissão laser infravermelho distante é uma média de, pelo menos, doze medições realizadas com, pelo menos, dois conjuntos diferentes de CO linhas de laser 2 de referência. A Tabela 2 resume os dados gravados para a emissão de 235,5 pM de laser quando se utiliza o 9 P 04 laser de CO 2 bomba. Para esta emissão de laser infravermelho distante, foram registrados quatorze medições individuais da frequência de batimento. O primeiro conj...

Descrevemos a geração de radiação infravermelha distante usando um laser molecular bombeado opticamente junto com a medição de suas frequências com técnicas heteródinas. O sistema experimental e as técnicas são demonstrados usando difluorometano (CH2F2) como meio laser, cujos resultados incluem três novas emissões de laser e oito frequências de laser medidas.

A caracterização das emissões laser Far-infrared e da medição de suas frequências

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

O objetivo geral deste procedimento é gerar radiação a laser no infravermelho distante e medir as frequências das emissões a laser geradas utilizando uma técnica heterodina com três lasers. Isso é realizado primeiramente enviando radiação a laser de dióxido de carbono para uma cavidade a laser no infravermelho distante. O segundo passo consiste em variar os parâmetros operacionais de ambas as cavidades a laser para gerar radiação a laser no infravermelho distante e observar a radiação detectada utilizando um osciloscópio.Em seguida, a radiação do infravermelho distante é misturada com duas frequências de referência de laser de dióxido de carbono. Então, a frequência de batimento resultante é identificada. O passo final consiste em medir múltiplas frequências de batimento para calcular a frequência do laser de infravermelho distante.Por fim, durante esta investigação, a técnica de heterodina a laser é utilizada para medir oito frequências de laser no infravermelho distante geradas pelo metano Diora. Pela primeira vez, no entanto, os resultados obtidos com este método podem fornecer informações sobre a espectroscopia da molécula laser. O método também pode ser aplicado a sistemas que exigem frequências precisas, como espectroscopia de alta resolução, astronomia de rádio e imageamento em terahertz.Imagem Preparar-se para trabalhar com radiação a laser potencialmente prejudicial usando proteção ocular apropriada. Esta parte do protocolo utilizará um laser de dióxido de carbono e uma cavidade a laser de infravermelho distante de cobre polido. Este esquema fornece uma visão geral de como os dois são dispostos.O laser de dióxido de carbono irá bombear a cavidade do laser de infravermelho distante, que será preenchida com metano diluído. Para este experimento, a saída do laser de infravermelho distante será detectada com um detector DDE de ponto de contato metal isolante metal. Comece trabalhando com o laser de dióxido de carbono ajustado em uma transição laser desejada aqui, nove R dois oito.Coloque um obstáculo de feixe na saída do laser. Agora, gire o botão micrométrico do laser para maximizar a intensidade do feixe no obstáculo. Além disso, ajuste a inclinação da grade do laser para obter a intensidade máxima.Continue ajustando o micrômetro DIO e o gradiente até que a potência de saída do laser de dióxido de carbono pareça otimizada. Quando terminar, remova o bloqueador de feixe do trajeto. Em seguida, ligue e alinhe um chopper óptico no trajeto do feixe do laser de bombeamento.A seguir, inicie. Para preparar a cavidade do laser de infravermelho distante, abra a válvula do cilindro de difluormetano para introduzi-lo como meio na cavidade. Ajuste a válvula doseadora na linha de entrada para que uma pressão de aproximadamente 10 pascal ou 75 militorr seja alcançada.Passe para ajustar o espelho de acoplamento de saída da cavidade. Use uma haste externa acoplada ao espelho para definir a posição do espelho a cerca de um centímetro do centro da cavidade, conforme indicado na escala calibrada. Em seguida, certifique-se de que a saída do detector esteja conectada a um osciloscópio.Em seguida, prepare-se para buscar radiação laser de infravermelho distante na cavidade de infravermelho distante. Utilize o mostrador micrométrico calibrado para ajustar o espelho móvel do laser no interior. Simultaneamente, controle a tensão aplicada ao transdutor piezoelétrico do laser de dióxido de carbono para sintonizar a frequência do laser.Quando uma emissão a laser for detectada, a forma de onda no osciloscópio mudará de uma linha plana, representando ausência de emissão, para uma onda quadrada. Representando a presença de uma reemissão a laser no infravermelho distante, a potência do sinal deve ser otimizada antes de prosseguir. Em seguida, registre a posição do modo de cavidade específico no mostrador do micrômetro.Gire o mostrador do micrômetro no sentido horário para encontrar o próximo modo. Observe a trilha do osciloscópio ficar plana. Em seguida, mostre outra onda quadrada.Continue girando o dial no sentido horário até que um total de 21 modos tenha sido encontrado. Registre a posição final do dial e utilize-a para determinar o comprimento de onda da emissão. Para determinar as frequências do laser de infravermelho distante, utilize dois lasers de referência de dióxido de carbono.Este esquema representa a configuração completa com os dois lasers de referência, o laser de bombeamento e a cavidade de infravermelho distante. A configuração é para uma técnica heterodina de três lasers, e os dois lasers de referência são ajustados de modo que a diferença de suas frequências esteja dentro de algumas gigahertz da frequência de infravermelho distante calculada a partir do comprimento de onda medido. Comece com um obstáculo de feixe no trajeto colinear dos lasers de referência.Trabalhe com a saída de um laser de referência e meça-a com um medidor de potência. Mova lentamente o micrômetro do laser enquanto observa a leitura de potência e ajuste-o na posição correspondente à potência máxima. Uma vez ajustado, utilize uma chave Allen para fazer ajustes finos, alterando a inclinação da grade.Alterne entre os dois para otimizar a potência de saída. Após otimizar a potência de saída de cada laser de referência, ajuste as diafragmas de cada laser. Cada laser deve fornecer aproximadamente 100 miliwatts de potência ao medidor de potência no trajeto do feixe.Continue bloqueando o feixe do laser de bombeamento. Em seguida, substitua o obstáculo no caminho compartilhado dos lasers de referência por um cortador óptico. Agora, monitore o sinal do osciloscópio e trabalhe para maximizar a radiação focalizada no detector.A partir dos lasers de referência. Bloqueie o segundo laser de referência e use uma lente plano-convexa para focalizar o feixe do primeiro laser de referência no detector. Em seguida, bloqueie o primeiro feixe de referência e desbloqueie o segundo feixe de referência.Ajuste o divisor de feixe para maximizar o sinal do segundo laser de referência no detector. Para cada caso, observe o osciloscópio e pare. Quando o sinal de pico máximo estiver otimizado, retorne o obstáculo de feixe ao caminho do laser de referência colinear.Remova o obstáculo do feixe do laser de bombeamento. Agora, monitore a potência de saída da emissão de infravermelho distante no osciloscópio. Neste caso, a potência já foi otimizada.Uma vez que a potência tenha sido otimizada, desconecte o detector de diodo metalo-isolante-metálico do osciloscópio. Conecte o detector, por meio de um amplificador, a um analisador de espectro. Neste momento, remova todas as placas de bloqueio e choppers ópticos dos trajetos do feixe de bombeamento e do feixe de referência.Em seguida, comece a procurar o sinal de batimento utilizando o analisador de espectro; configure o analisador para uma largura de banda de 40 megahertz e procure o sinal de batimento em incrementos de 1,5 gigahertz. Pare quando um sinal de batimento for encontrado. Quando o sinal for localizado, inicie a estabilização das frequências de referência.Concentre-se em um laser de referência e aplique entre zero e 900 volts ao seu transdutor piezoelétrico para posicionar o sinal de sua célula de referência de fluorescência no centro do rebaixamento de Lamb. Ative um amplificador com detecção síncrona para manter o sinal no centro do rebaixamento de Lamb e repita os mesmos passos para o segundo laser de referência a fim de medir a frequência de batimento. Centralize o sinal de batimento no analisador de espectro e ajuste sua amplitude para maximizar seu tamanho na tela.Configure o analisador de espectro para exibir simultaneamente o sinal instantâneo em azul e o sinal máximo em amarelo para um modo de cavidade específico. Gire o mostrador micrométrico da cavidade do laser de infravermelho distante para frente e para trás. Observe a curva de ganho produzida no analisador de espectro.Uma vez que esteja simétrico, utilize o recurso de visualização para congelar o traçado do sinal máximo e determinar o sinal da frequência de batimento. Observe a variação da frequência de batimento enquanto o botão micrométrico é ligeiramente girado no sentido horário. Para medir a frequência central do sinal de batimento, posicione marcadores nos pontos de largura total à meia altura do padrão simétrico produzido pelo traçado do máximo.Em seguida, utilize o recurso de par de linhas do analisador de espectro. Abaixo estão as frequências médias do laser de infravermelho distante medidas pela primeira vez com este protocolo e utilizando metano di-fluorado na cavidade de infravermelho distante. As médias são baseadas em pelo menos 12 medições realizadas com pelo menos dois conjuntos diferentes de linhas a laser de referência de dióxido de carbono.As linhas destacadas correspondem a novas emissões a laser descobertas. A avaliação das incertezas inerentes ao sistema e uma comparação com frequências previamente relatadas sugerem uma incerteza fracionária de um sigma de cinco partes em 10 milhões. Observou-se que as novas emissões a laser possuem uma potência na faixa de milésimo a centésimo de um miliwatt, uma vez dominado o processo.Essa técnica pode ser usada para determinar com precisão a frequência de emissões a laser intensas em cerca de uma ou duas horas. Não se esqueça de que trabalhar com lasers no infravermelho e no infravermelho distante pode ser extremamente perigoso, e precauções que incluam proteção ocular adequada, ventilação e inspeção frequente do equipamento, com ênfase em riscos elétricos e de água, devem ser tomadas durante a realização deste procedimento.

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Engineering

Engenharia

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