Характеризуя Дальнего инфракрасного лазерного выбросов и измерения их частоты

Общая цель данной процедуры заключается в генерации дальнего инфракрасного лазерного излучения и измерении частот генерируемых лазерных эмиссий с использованием метода трехлазерного гетеродинирования. Это достигается путем первоначального ввода излучения углекислотного лазера в резонатор дальнего инфракрасного лазера. На втором этапе варьируются рабочие параметры обоих лазерных резонаторов для генерации дальнего инфракрасного лазерного излучения и наблюдения за детектированным излучением с помощью осциллографа.

Затем дальнее инфракрасное излучение смешивается с двумя опорными частотами углекислотного лазера. После этого определяется результирующая биевая частота. Заключительным этапом является измерение нескольких биевых частот для расчета частоты дальнего инфракрасного лазера.

В конечном итоге в ходе данного исследования метод трехлазерной гетеродинной разности был использован для измерения частот восьми далеко-инфракрасных лазеров, генерируемых метаном в системе Diora. Впервые результаты, полученные с помощью этого метода, позволяют глубже понять спектроскопию лазерной молекулы. Данный подход также может быть применен в системах, требующих высокой точности частот, таких как спектроскопия высокого разрешения, радиоастрономия и терагерцовая визуализация.

Визуализация. Подготовьтесь к работе с потенциально опасным лазерным излучением, надев соответствующие средства защиты глаз. В этой части протокола используются углекислый лазер и полированный медный дальний инфракрасный лазерный резонатор. На данной схеме представлен общий обзор их расположения.

Лазер на диоксиде углерода будет обеспечивать накачку резонатора дальнего инфракрасного лазера, заполненного разбавленным метаном. В данном эксперименте выходное излучение дальнего инфракрасного лазера будет регистрироваться с помощью металл-диэлектрик-металлического точечного контактного DDE-детектора. Начните работу с лазером на диоксиде углерода, настроенным на необходимый лазерный переход, а именно 9R28.

Поместите стопор пучка на выходе лазера. Теперь поверните микрометрический винт лазера, чтобы максимально увеличить интенсивность пучка на стопоре. Кроме того, отрегулируйте наклон градиентного фильтра лазера для достижения максимальной интенсивности.

Продолжайте регулировать микрометр DIO и градуировку до тех пор, пока выходная мощность лазера на углекислом газе не станет оптимальной. После этого уберите из пути луча стопор. Затем включите и выровняйте оптический прерыватель в пути луча накачки лазера.

Далее переходим к следующему этапу. Чтобы подготовить резонатор дальнего инфракрасного лазера, откройте вентиль баллона с дифторметаном, чтобы ввести его в резонатор в качестве среды. Отрегулируйте дозирующий клапан на входной линии так, чтобы было достигнуто давление приблизительно 10 pascal или 75 milit tour.

Перейдите к регулировке выходного соединительного зеркала резонатора. Используя внешний стержень, прикрепленный к зеркалу, установите положение зеркала примерно на один сантиметр от центра резонатора согласно калиброванной шкале. Затем убедитесь, что выход детектора подключен к осциллографу.

Затем подготовьтесь к поиску дальнего инфракрасного лазерного излучения в дальнем ИК-резонаторе. Используйте калиброванный микрометрический винт для регулировки подвижного лазерного зеркала внутри. Одновременно контролируйте подаваемое напряжение на пьезоэлектрический преобразователь углекислотного лазера для перестройки частоты лазера.

При обнаружении лазерного излучения форма сигнала на осциллографе изменится с плоской линии, означающей отсутствие излучения, на прямоугольную. Перед продолжением необходимо оптимизировать мощность сигнала, подтверждающую наличие дальнего инфракрасного лазерного излучения. Затем зафиксируйте положение конкретной моды резонатора по шкале микрометра.

Поверните рукоятку микрометра по часовой стрелке, чтобы выбрать следующий режим. Обратите внимание, что линия на экране осциллографа станет плоской. Затем отобразите другую прямоугольную волну.

Продолжайте вращать диск по часовой стрелке, пока не будет найдено в общей сложности 21 мода. Зафиксируйте конечное положение диска и используйте его для определения длины волны излучения. Для определения частот дальнего инфракрасного лазера используйте два эталонных лазера на диоксиде углерода.

На данной схеме представлена полная установка с двумя опорными лазерами, лазером накачки и дальним инфракрасным резонатором. Конфигурация предназначена для метода трехлазерного гетеродина; два опорных лазера настроены таким образом, чтобы разность их частот находилась в пределах нескольких гигагерц от дальнего инфракрасного значения частоты, рассчитанного на основе измеренной длины волны. Начните с установки стопора луча на коллинеарном пути опорных лазеров.

Работайте с излучением одного опорного лазера и измеряйте его с помощью измерителя мощности. Медленно перемещайте микрометр лазера, наблюдая за показаниями мощности, и установите его в положение, соответствующее максимальной мощности. После установки используйте шестигранный ключ для точной подстройки путем изменения наклона градуировки.

Повторяйте эти действия до достижения оптимальной выходной мощности. После оптимизации выходной мощности каждого опорного лазера отрегулируйте ирисы каждого лазера. Мощность каждого лазера, поступающая на измеритель мощности на пути луча, должна составлять примерно 100 milliwatts.

Далее перекройте пучок лазера накачки. Затем замените стопор пучка на общем пути опорных лазеров оптическим прерывателем. Теперь контролируйте сигнал на осциллографе и отрегулируйте систему так, чтобы максимизировать излучение, сфокусированное на детекторе.

От эталонных лазеров. Перекройте путь второго эталонного лазера и используйте плоско-выпуклую линзу, чтобы сфокусировать луч первого эталонного лазера на детекторе. Затем перекройте первый эталонный луч и откройте путь второго эталонного луча.

Отрегулируйте светоделитель так, чтобы максимизировать сигнал от второго опорного лазера, поступающий на детектор. В каждом случае наблюдайте за осциллографом и остановитесь. Когда пиковый сигнал будет оптимизирован, верните световой стопор в путь коллинеарного опорного лазера.

Уберите тормоз пучка с лазера накачки. Теперь контролируйте выходную мощность дальнего инфракрасного излучения на осциллографе. В данном случае мощность уже была оптимизирована.

После оптимизации мощности отсоедините детектор на основе металл-диэлектрик-металл диода от осциллографа. Подключите детектор к анализатору спектра через усилитель. На этом этапе удалите все затворы пучка и оптические прерыватели из путей накачки и опорного пучка.

Затем начните поиск биений с помощью анализатора спектра, установив развертку анализатора на 40 мегагерц и осуществляя поиск сигнала биений с шагом 1,5 гигагерц. Прекратите поиск при обнаружении сигнала биений. После нахождения сигнала приступите к стабилизации опорных частот.

Сфокусируйтесь на одном опорном лазере и подайте от 0 до 900 В на его пьезоэлектрический преобразователь, чтобы сигнал из его флуоресцентной опорной кюветы находился в центре провала Лэмба. Включите синхронный усилитель для удержания сигнала в центре провала Лэмба и повторите эти же шаги для второго опорного лазера, чтобы измерить биеновую частоту. Центрируйте сигнал биений на анализаторе спектра и отрегулируйте его амплитуду, чтобы максимально увеличить размер сигнала на дисплее.

Настройте анализатор спектра таким образом, чтобы одновременно отображались мгновенный сигнал синим цветом и максимальный сигнал желтым цветом для данной моды резонатора. Вращайте микрометрический винт на резонаторе дальнего инфракрасного лазера туда и обратно. Наблюдайте за кривой усиления, отображаемой на анализаторе спектра.

После достижения симметричности используйте функцию просмотра, чтобы зафиксировать след максимального сигнала для определения знака биений. Обратите внимание на сдвиг частоты биений при небольшом повороте микрометрического циферблата по часовой стрелке. Чтобы измерить сигнал биений центральной частоты, установите маркеры в точках полной ширины на полувысоте (FWHM) симметричного рисунка, образованного следом максимума.

Затем используйте функцию пары пролетов (span pair) анализатора спектра. Ниже приведены средние частоты дальнего инфракрасного лазера, измеренные впервые с помощью данного протокола и с использованием дифторметана в резонаторе дальнего инфракрасного диапазона. Средние значения рассчитаны по результатам не менее 12 измерений, выполненных с использованием как минимум двух различных наборов опорных линий лазера на диоксиде углерода.

Выделенные строки соответствуют недавно обнаруженным лазерным излучениям. Оценка неопределенностей, присущих системе, и сравнение с ранее зарегистрированными частотами указывают на относительную неопределенность в одно сигма, составляющую пять частей на 10 миллионов. Было установлено, что мощность новых лазерных излучений после стабилизации находится в диапазоне от 1/1000 до 1/100 мВт.

Данный метод позволяет точно определить частоту мощного лазерного излучения примерно за один или два часа. Не забывайте, что работа с инфракрасными и зарубежными инфракрасными лазерами может быть крайне опасной; при выполнении данной процедуры необходимо соблюдать меры предосторожности, включая использование соответствующих средств защиты глаз, обеспечение вентиляции и регулярный осмотр оборудования с особым вниманием к рискам, связанным с электричеством и водой.