Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

אפיון פליטות לייזר רחוק אינפרה-אדומות והמדידה של התדרים שלהם

Published: December 18, 2015 doi: 10.3791/53399
Automatic Translation
1,3, 2
1Department of Physics, Central Washington University, 2Department of Physics, University of Wisconsin-La Crosse, 3College of Science and Technology, Millersville University

Abstract

הדור והמדידה העוקבת של קרינה-אדום הרחוק מצא יישומים רבים בספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה, אסטרונומיה רדיו, והדמיה Terahertz. במשך כ -45 שנים, הדור של קוהרנטית קרינה, רחוק אינפרה-אדומה הושג באמצעות הלייזר המולקולרי שאוב אופטי. ברגע שקרינת לייזר-אדום רחוק מזוהה, התדרים של פליטות לייזר אלה נמדדים באמצעות טכניקת heterodyne שלושה-לייזר. בעזרת טכניקה זו, התדירות לא ידועה מהליזר המולקולרי שאוב אופטי היא מעורבת עם תדירות ההבדל בין שני תדרי התייחסות התייצבו, אינפרא אדום. תדרי התייחסות אלה שנוצרו על ידי לייזרי פחמן דו חמצני עצמאיים, כל אחד התייצב באמצעות אות הקרינה מסלולרית התייחסות חיצונית, בלחץ נמוך. פעימת כתוצאה בין תדרי לייזר הידועים ובלתי ידועים מנוטרת על ידי גלאי דיודה נקודת מגע מתכת-מבודדת-מתכת הפלט שהוא ציין במפרטמנתח טראם. תדירות הפעימה בין פליטת לייזר אלה נמדדת לאחר מכן בשילוב עם תדרי התייחסות הידועים להסיק תדר לייזר-אדום רחוק לא ידוע. אי הוודאות וכתוצאה מכך אחד-סיגמא השבר עבור תדרי לייזר נמדדה עם טכניקה זו היא ± 5 חלקים ב 10 7. קביעה מדויקת של תדירות פליטת לייזר-אדום הרחוק היא קריטי כפי שהם משמשים לעתים קרובות כהתייחסות למדידות אחרות, כמו בגבוה חקירות ספקטרוסקופיות -resolution של רדיקלים חופשיים באמצעות תהודה מגנטית לייזר. כחלק מחקירה זו, difluoromethane, CH 2 F 2, שימש כמדיום לייזר-אדום הרחוק. בסך הכל, שמונה תדרי לייזר-אדום רחוק נמדדו בפעם הראשונה עם תדרים החל 0.359-1.273 THz. שלוש פליטות לייזר אלה התגלו במהלך חקירה זו ומדווחים עם לחצן הפעלה האופטימלי, קיטוב ביחס לCO 2

Introduction

המדידה של תדרי לייזר-אדום הרחוק בוצעה לראשונה על ידי Hocker ועמיתים לעבודה בשנת 1967. הם מדדו את התדרים ל311 ו 337 מיקרומטר פליטות מליזר המימן ציאניד הישיר פריקה על ידי ערבובם עם הרמוניות כדי גבוהות של אות מיקרוגל בדיודה סיליקון 1. כדי למדוד תדרים גבוהים יותר, שרשרת של לייזרים והתקני ערבוב הרמוניים שימשה ליצירת ההרמוניה לייזר 2. סופו של דבר שני התייצבו פחמן דו חמצני (CO 2) לייזרים נבחרו לסנתז את ההבדל ההכרחי תדרי 3,4. היום, תדרי לייזר-אדום רחוק עד 4 THz ניתן למדוד עם טכניקה זו משתמשת בהרמונית הראשונה בלבד של תדר ההבדל שנוצר על ידי שתי התייצב CO 2 לייזרי התייחסות. פליטת לייזר תדירות גבוהה יותר גם ניתן למדוד באמצעות הרמוני השני, כגון פליטת לייזר 9 THz ממחלת הלב כלילית isotopologues מתנול 2 OH ו- CH 3 18 OH. 5,6 במהלך השנים, המדידה מדויקת של תדרי לייזר השפיעה מספר הניסויים המדעיים 7,8 והתיר אימוץ הגדרה חדשה של המטר על ידי הוועידה הכללית של משקלים ומידות בפריז ב 1983. 9 - 11

טכניקות heterodyne, כגון אלה שתוארו, היו מועילות מאוד במדידה של תדרי לייזר-אדום הרחוק שנוצרו על ידי לייזרים מולקולריים שאוב אופטי. מאז גילויו של הלייזר המולקולרי שאוב אופטי על ידי צ'אנג ו -12 גשרים, אלפי אופטיים שאוב פליטת לייזר-אדום רחוק כבר נוצרה עם מגוון רחב של אמצעי תקשורת לייזר. לדוגמא, difluoromethane (CH 2 F 2) וisotopologues לייצר מעל 250 פליטת לייזר כאשר שאוב אופטי על ידי לייזר CO 2. אורכי הגל שלהם נעים בין כ 95.6-1714.1 מיקרומטר 13. - 15 כמעט 75% מכלל פליטות לייזר אלה היו התדרים שלהם נמדדו תוך כמה הוקצו 16 spectroscopically - 18.

לייזרים אלה, והתדרים למדוד במדויק, יש תפקיד מכריע בקידום ספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. הם מספקים מידע חשוב ללימודי רפאים אינפרא אדום של גזי הלייזר. לעתים קרובות תדרי לייזר אלה משמשים כדי לאמת את הניתוח של ספקטרום אינפרא אדום ורחוק אינפרה-אדום משום שהם מספקים קשרים בין רמות מדינת רטט הנרגשת שלעתים קרובות אינם נגישים ישירות מספקטרום הקליטה 19. הם גם משמשים כמקור הקרינה העיקרי ללימודים חוקרים חולפים, רדיקלים חופשיים קצרים עם טכניקת התהודה מגנטית לייזר 20. בעזרת טכניקה זו מאוד רגישה, ספקטרום זימן-רטט ro סיבובי ובאטומי פאראמגנטיים, מולקולות, ויונים מולקולריים יכול להיות recorded וניתח יחד עם היכולת לחקור את שיעורי התגובה משמשים ליצירת רדיקלים חופשיים אלה.

בעבודה זו, לייזר מולקולרי שאוב אופטי, מוצגת באיור 1, נעשה שימוש כדי ליצור קרינת לייזר-אדום רחוק מdifluoromethane. מערכת זו מורכבת מגל רציף (CW) לייזר משאבה CO 2 וחלל לייזר-אדום רחוק. מראה פנימי לחלל לייזר-אדום הרחוק מפנה את קרינת לייזר CO 2 במורד צינור הנחושת המלוטש, עובר עשרים ושש השתקפויות לפני סיום בסוף של החלל, פיזור קרינת משאבה שנותרה. לכן בינוני לייזר-אדום הרחוק מתרגש באמצעות גיאומטריה שאיבה רוחבית. כדי ליצור פעולת לייזר, מספר משתנה מותאמים, כמה בו זמנית, ולאחר מכן כולם מותאמים פעם קרינת לייזר הוא ציינה.

בניסוי זה, קרינת לייזר-אדום רחוק מנוטרת על ידי מתכת-insulator-מתכת (MIM) גלאי דיודה נקודת מגע. גלאי דיודה MIM שמש במשך מדידות תדר לייזר מאז 1969. 21-23 במדידות תדר לייזר, גלאי דיודה MIM הוא מיקסר הרמוני בין שתיים או יותר מקורות קרינת האירוע בדיודה. גלאי דיודה MIM מורכב מתיל טונגסטן חידד פנייה בסיס ניקל אופטי מלוטש 24. יש בסיס ניקל שכבה דקה תחמוצת טבעית שהיא שכבת הבידוד.

ברגע פליטת לייזר זוהתה, אורך הגל, הקיטוב, כוחה, ולחץ הפעלה מותאם נרשמו בעוד התדר שלה נמדד באמצעות טכניקת heterodyne שלושה-לייזר 25-27 הבאים בשיטה המתוארת במקור באסמכתא. 4. איור 2 מציג את הלייזר המולקולרי שאוב אופטי עם שני לייזרי התייחסות נוספים CW CO 2 שSTA תדר העצמאימערכות bilization לנצל לטבול כבש באות הקרינה 4.3 מיקרומטר מתא התייחסות לחץ חיצוני, נמוך 28. כתב יד זה מתאר את התהליך המשמש לחיפוש פליטת לייזר-אדום רחוק, כמו גם את השיטה להערכת אורך הגל שלהם ובאופן מדויק קביעת תדירותם. ניתן למצוא פרטים בנוגע לטכניקת heterodyne שלושה-הלייזר, כמו גם את המרכיבים השונים ומאפייני הפעלה של המערכת בטבלה נוספת יחד עם אזכור 4, 25-27, 29, ו -30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. תכנון של ניסויים

  1. לערוך סקר של הספרות כדי להעריך את העבודה לפני מתבצע באמצעות מדיום הלייזר של עניין, אשר לניסוי זה הוא CH 2 F 2. לזהות את כל פליטות הלייזר הידועות יחד עם כל המידע על הקווים כמו אורך הגל ותדירותם. כמה סקרי פליטות לייזר ידועים זמינים 13,31 - 37.
  2. לאסוף את כל החקירות ספקטרוסקופיות של המולקולה המשמשת כמדיום הלייזר עם דגש על פורייה לפני להפוך 34 וoptoacoustic מחקרים 38,39.

2. פליטות יצירה-אדום רחוק לייזר

  1. סקירה כללית בטיחות.
    1. לפתח נוהל הפעלה סטנדרטי למעבדה הכוללת הגנה מפני עין נכונה בעבודה עם CO 2 ומערכות לייזר-אדום רחוק.
  2. יישור וכיול.
    1. לכייל כל l CO 2aser באמצעות נתח ספקטרום מבוסס צורם מיועד ללייזר CO 2 על פי הפרוטוקול של היצרן.
    2. יישר את מראות הסוף והמראה הצימוד בחלל הלייזר-אדום הרחוק באמצעות לייזר הוא Ne-כך שהקרינה שלהם על גלאי דיודה MIM ממוקד.
    3. לכוון את הקרינה מליזר משאבת CO 2 לתוך חלל לייזר-אדום הרחוק דרך חלון נתרן כלורי בזווית של כ -72 o ביחס לציר החלל.
    4. לכוון את הקרינה משני לייזרי CO 2 התייחסות לאו הנייד שלהם הקרינה בלחץ נמוך בהתאמה התייחסות או שיתוף באופן ליניארי על גלאי דיודה MIM באמצעות מפצלי קרן ומראות נוספות.
  3. זיהוי של קרינת לייזר-אדום רחוק.
    1. פולני בסיס ניקל כל כמה ימים באמצעות פולני מתכת סטנדרטית.
    2. לחיצה תיל טונגסטן 25 מיקרומטר להודעת נחושת ולכופף את החוט לתוך configurני שמוצג באיור 3.
    3. התאם את אורכו של החוט, כך שהוא בין 10 עד 20 אורכי גל של הקרינה נמדדים.
    4. Electrochemically לחרוט את הקצה של החוט בפתרון נתרן הידרוקסידי רווי (NaOH) על ידי יישום מתח (כ 3.5-5 VAC) לפתרון.
    5. Re-לחרוט את הקצה עם מתח נמוך (פחות מ 1 VAC). זה חספוס הקצה של החוט ומשפר את הביצועים של דיודה.
    6. יש לשטוף את החוט במים מזוקקים.
    7. הכנס את ההודעה הנחושת לדיור של דיודה MIM פעם החוט הוא יבש.
    8. מניחים את החוט במגע עם בסיס ניקל באמצעות מערכת בורג ורמה בסדר. מגעים מניב התנגדות על פני דיודת בין 100 ל 500 Ω משמשים בדרך כלל כאשר גילוי ומדידת קרינת לייזר-אדום רחוק.
  4. דור של קרינת לייזר-אדום רחוק.
    1. הגדר את לייזר משאבת CO 2 עליהם לייזר ספציפיission, למשל., 9 P 36.
    2. לסובב את חוגת מיקרומטר בליזר משאבת CO 2 קדימה ואחורה כדי להשיג עוצמה מקסימלית על תחנת הקורה.
    3. התאם את ההטיה של צורם של לייזר משאבת CO 2 כדי להשיג עוצמה מקסימלית על תחנת הקורה.
    4. חזור על שלבים 2.4.2 ו2.4.3 עד תפוקת הכח ללייזר משאבת CO 2 מופיע מותאם בתחנת הקורה.
    5. הסר את תחנת הקרן מדרך לייזר משאבת CO 2.
    6. הפעל וליישר את המסוק האופטי לתוך נתיב הקרן של לייזר משאבת CO 2.
    7. פתח את השסתום בגליל CH 2 F 2 להציג את מדיום לייזר-אדום הרחוק לתוך חלל לייזר-אדום הרחוק.
    8. התאם את שסתום המדידה על קו הכניסה עד לחץ של כ 10 אבא מושגת.
      הערה: רק הלחץ המשוער הוא הכרחי שכן הוא משמש כדרך שיטתית סריקת ג הלייזר-אדום הרחוקavity.
    9. הגדר את העמדה של מצמד הפלט כך שהקצה החיצוני ביותר שלה הוא כ 1 סנטימטר מאמצע חלל הלייזר כפי שצוין על ידי קנה מידה מכוילת בצד החיצוני של חלל הלייזר.
      הערה: רק המיקום המשוער הוא הכרחי שכן הוא משמש כדרך של סריקת לייזר החלל-אדום הרחוק באופן שיטתי.
    10. התאם את המיקום של מראה הלייזר-אדום רחוק ניד בכ 0.25 מ"מ במרווחים על ידי סיבוב חוגת מיקרומטר המכויל קדימה ואחורה. במקביל מנגינת התדר של לייזר CO 2 משאבה באמצעות עקומת הרווח שלה על ידי שינוי המתח להחיל על פני המתמר של לייזר משאבת CO 2 פיזואלקטריים (PZT).
    11. אם אין אות הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ, חזור על שלב 2.4.10 עם מצמד הפלט עבר לתפקיד הבא שלה שבו הקצה הוא כ -1.5 סנטימטר מאמצע חלל הלייזר כפי שצוין על ידי קנה מידה מכוילת על הצד החיצוני של הלייזר חָלָל.
    12. אם אין אות הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ, חזור על שלב 2.4.10 עם מצמד הפלט עבר לתפקיד הבא שלה שבו הקצה הוא כ 2 סנטימטר מאמצע חלל הלייזר כפי שצוין על ידי קנה מידה מכוילת על הצד החיצוני של הלייזר חָלָל.
    13. אם אין אות הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ, חזור על שלבים 2.4.9 דרך 2.4.12 עם לחץ לייזר-אדום רחוק של כ 19 אבא כמותאם עם שסתום המדידה על קו הכניסה.
    14. אם אין אות הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ, חזור על שלבים 2.4.9 דרך 2.4.12 עם לחץ לייזר-אדום רחוק של כ 27 אבא כמותאם עם שסתום המדידה על קו הכניסה.
    15. אם אין אות הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ, הכנס את תחנת הקרן לתוך הנתיב של לייזר משאבת CO 2 ולסגור את השסתום על CH 2 F 2 צילינדרים עד לחץ לייזר-אדום הרחוק הוא כ 0 אבא.
    16. הגדר את משאבת CO 2לייזר לפליטת הלייזר הבא, למשל, 9 P 34, ולייעל את תפוקת הכח באמצעות צעדים 2.4.2 באמצעות 2.4.4.
    17. חזור על שלבים 2.4.5 באמצעות 2.4.16 עד שכל הפליטה שנוצרה על ידי לייזר משאבת CO 2 משמשות. כאשר מחפשים קווי לייזר-אדום רחוק, מקום התמקדות בפליטת לייזר 2 משאבת CO תדרים שחופפים כל אזורי קליטה שזוהו בשלב 1.2.
  5. אפיון פליטות לייזר-אדום רחוק.
    1. במקביל להתאים את הלחץ של מדיום לייזר-אדום הרחוק, המתח להחיל PZT של לייזר משאבת CO 2, ואת עמדתו של מצמד התפוקה עד תפוקת הכח של פליטת הלייזר-אדום הרחוק מוגדל (שנקבע על ידי שיא-ל-מקסימום שיא של אות מגלאי דיודה MIM כפי שנצפה בתצוגת אוסצילוסקופ, דומה לאיור 4).
    2. הפעל השעון חיוג מיקרומטר עד פליטת הלייזר-אדום הרחוק הוא ציין בתצוגת אוסצילוסקופ. רשום את העמדה של חיוג מיקרומטר.
    3. הפעל השעון חיוג מיקרומטר למצבים נוספים 20 המקבילים לאותה פליטת לייזר-אדום רחוק. רשום את העמדה של חיוג מיקרומטר.
    4. הפחת את העמדה של חיוג מיקרומטר בצעדי 2.5.2 ו2.5.3. מחלקים את ההבדל הזה ב -10 כדי לקבל את אורך הגל של פליטת לייזר-אדום הרחוק.
    5. חזור על שלבי 2.5.2 באמצעות 2.5.4 בסך הכל חמש פעמים וממוצע אורך הגל של פליטת לייזר-אדום הרחוק. יש אורכי גל הלייזר ממוצע שנמדדו על ידי חוצים לפחות 20 מצבי אורך סמוכים חוסר ודאות אחד-Sigma של ± 0.5 מיקרומטר.
    6. מדוד את הקיטוב של קרינת לייזר-אדום הרחוק, ביחס לקרינת משאבת CO 2, או באמצעות מקטב תיל-רשת זהב (394 קווים / סנטימטר) או מקטב ברוסטר.

3. קביעה רחוק אינפרא אדום תדרי לייזר

  1. לזהותing פליטת CO2 לייזר התייחסות.
    1. לחשב את התדירות של פליטת לייזר-אדום הרחוק המבוססת על אורך הגל שנמדד.
    2. לזהות קבוצות של קווי לייזר 2 CO התייחסות תדירות שהבדל הוא בתוך כמה GHz של התדר שמחושב לפליטת הלייזר-אדום הרחוק 40. רשימה טיפוסית המשמשת למדידות מסוג זה מוצגת בטבלה 1.
  2. מחפש את אות פעימת אבוכי.
    1. זהה את הסט הראשון של קווי לייזר CO 2 התייחסות ולהגדיר כל לייזר CO 2 התייחסות על פליטת הלייזר שלהם.
    2. לייעל את תפוקת הכח לכל התייחסות לייזר CO 2 באמצעות צעדים 2.4.2 באמצעות 2.4.4 ומד הכח לפקח.
      1. התאם איריס, פנימי או חיצוני לכל התייחסות לייזר, כך שהכח מכל לייזר התייחסות CO 2 הוא כ -100 מגה ואט, כפי שנמדד על ידי מד הכח לפקח מוצג באיור 2.
    3. לחסום את הקרינה מליזר CO 2 משאבה באמצעות תחנת קרן תוך הסרת החסימה הקרינה מלייזרי התייחסות CO 2.
    4. הפעל וליישר את המסוק האופטי לתוך נתיב הקרן המשותפת ליניארי של לייזרי התייחסות CO 2.
    5. לייעל למתח שיא-לשיא מרבי כל פליטת CO 2 התייחסות לייזר על גלאי דיודה MIM באמצעות מספר מראות, מפצלי אלומה, ועדשת Plano-קמור 2.54 סנטימטר מוקדי ZnSe האורך תוך שמירה על התפוקה על אוסצילוסקופ, דומה לאיור 5 .
    6. לחסום את הקרינה מCO 2 לייזרי התייחסות באמצעות תחנת קרן תוך הסרת החסימה הקרינה מליזר משאבת CO 2.
    7. מחדש לייעל את לייזר CO 2 משאבה וליזר-אדום הרחוק, במידת צורך, כך שפליטת הלייזר-אדום הרחוק יש מתח שיא-לשיא מרבי כפי שנצפו על אוסצילוסקופ.
    8. לא נתקהוא MIM הפלט של גלאי דיודה מאוסצילוסקופ ולחבר אותו למגבר הפלט שהוא ציין במנתח ספקטרום.
    9. לבטל את חסימת הקרינה מלייזרי התייחסות CO 2.
    10. הסר את המסוקים האופטיים ויסות לייזרי משאבה והתייחסות CO 2.
    11. הגדר את מנתח הספקטרום בטווח של 40 מגה-הרץ ולחפש את אות הפעימה במרווחים 1.5 GHz על ידי הסריקה ידנית טווח תדרים זה באמצעות כפתור הכוונון של מנתח הספקטרום.
    12. אם אין אות פעימה הוא ציין, נתק הפלט של דיודה MIM מהמגבר ולחבר אותו לאוסצילוסקופ.
    13. לחסום את הקרינה מלייזרי התייחסות CO 2 וכנס שוב את המסוק האופטי לתוך הנתיב של לייזר משאבת CO 2.
    14. חזור על שלבים 3.2.2 באמצעות 3.2.13 צריכים, עד שמנתח הספקטרום נעשה שימוש כדי לחפש את אות הפעימה בין 0 ל 12 GHz.
    15. אם אין אות פעימה הוא ציין, repeבצעדי 3.2.2 באמצעות 3.2.14 עם קבוצה נוספת של קווי לייזר 2 CO התייחסות עד או אות הפעימה הוא ציינה או כל הקבוצות אפשריות של קווי לייזר CO 2 התייחסות הם מותשים.
  3. ייצוב תדרי התייחסות CO 2.
    1. החל מתח בין 0 ל -900 V לPZT של לייזר ההתייחסות הראשון CO 2, כך שהאות מתא התייחסות הקרינה בהתאמה שלה היא במרכז לטבול הכבש, באיור 6 וכפי שנצפה על אוסצילוסקופ כמו באיור 7.
    2. הפעל את מתח המשוב להחיל PZT של לייזר ההתייחסות הראשון CO 2 באמצעות מגבר / סרוו נעילה בנבנה מותאם אישית, כך שהוא נשאר נעול למרכז לטבול הכבש.
    3. חזור על שלבים 3.3.1 ו3.3.2 ללייזר ההתייחסות השני CO 2.
    4. מבחינה ויזואלית לפקח על התפוקה של הקדם-המגבר על אוסצילוסקופ, כמו באיור 7, לenבטוח לייזרי ההתייחסות נשאר נעולים.
  4. מדידה של תדר הפעימה.
    1. מרכז את אות הפעימה בתצוגת מנתח הספקטרום ולהתאים משרעת שלה על מנת למקסם את הגודל שלה בתצוגה.
    2. הגדר את מנתח הספקטרום כדי להציג שתי עקבות בו זמנית של אות הפעימה, כמו באיור 8, על ידי בחירת תכונת כתיבה הבהיר לשתי עקבות 1 ועקוב אחר 2. אחת עקבות תציג את האות מיידית ואילו השני יהיה להקליט את האות המקסימלי (באמצעות תכונת מקס שמירת על נתח הספקטרום לזכר השני).
    3. לסובב את חוגת מיקרומטר בחלל הלייזר-אדום הרחוק קדימה ואחורה לאורך עקום רווח למצב חלל נתון.
    4. השתמש בתכונה צפה במנתח הספקטרום להקפיא את העקבות השניה (Hold מקס) פעם בתבנית סימטרית מתקבלת.
    5. מעט לסובב את כיוון השעון חיוג מיקרומטר כדי להקטין את אורכו של חלל לייזר-אדום הרחוק. במקביל להתבונן צוללותequent שינוי קטן בתדירות הקצב על מנתח הספקטרום בשל עלייה קלה זה בתדירות של הלייזר-אדום הרחוק.
    6. הנח סמנים ברוחב המלא במחצית נקודות המרביות של הדפוס הסימטרי (זכר שמירת מקס) באמצעות פונקצית מרקר עם תכונת הדלתא על מנתח הספקטרום.
    7. מדוד את התדר המרכזי של אות הפעימה באמצעות תכונת טווח הזוג על מנתח הספקטרום.
    8. חזור על שלבים 3.4.1 באמצעות 3.4.7.
    9. להתנתק המנעול במגבר / סרוו עבור כל לייזר CO 2 התייחסות לפתוח כל לייזר מהתדר המרכזי שלה ומחדש לייעל כל התייחסות לייזר CO 2.
    10. מחדש לנעול את לייזרי ההתייחסות באמצעות צעדים 3.3.1 באמצעות 3.3.4.
    11. חזור על שלבים 3.4.1 באמצעות 3.4.10 עבור הסכום כולל של 6 מדידות. ברגע מלא, לפתוח כל לייזר CO 2 התייחסות מהתדר המרכזי שלה.
    12. לחשב את התדירות המתוקנת של פליטת לייזר-אדום הרחוק באמצעות fre הפעימה הבאותquencies לקבל תחזית מדויקת לסט השני של קווי לייזר 2 CO התייחסות.
    13. לזהות סט של קווי לייזר 2 CO התייחסות תדירות שהבדל הוא בתוך כמה GHz של התדר שמחושב לפליטת הלייזר-אדום הרחוק שונה.
    14. לייעל את הסדרה הבאה של CO 2 קווי לייזר התייחסות בגלאי דיודה MIM ולקבל את אות הפעימה באמצעות צעדים 3.2.2 באמצעות 3.2.15 צורך.
    15. לנעול את הסט החדש של קווי 2 לייזר התייחסות CO באמצעות צעדים 3.3.1 באמצעות 3.3.4.
    16. חזור על שלבים 3.4.1 באמצעות 3.4.10 עבור הסכום כולל של 6 מדידות. ברגע מלא, לפתוח כל לייזר CO 2 התייחסות מהתדר המרכזי שלה.
    17. קרן הכנס מפסיקה לנתיבים של לייזרי משאבה והתייחסות CO 2.
  5. חישוב תדר לייזר-אדום הרחוק.
    1. חשב את תדר לייזר-אדום רחוק לא ידוע, ν FIR, באמצעות נמדד להיותבתדר באמצעות ביחס
      FIR = | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | פעימת ν | משוואה. 1
      בי | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | הוא בסדר הגודל של תדר ההבדל מסונתז על ידי שני CO 2 לייזרי התייחסות ו| פעימת ν | הוא בסדר הגודל של תדר הפעימה. סימן ± במשוואה. 1 נקבע באופן ניסיוני מהצעד 3.4.5.
    2. להשיג תדירות ממוצעת ולחשב אתאי וודאות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כאמור, את תדירות דיווח לפליטת לייזר-אדום רחוק היא ממוצעת של לפחות עשר מדידות שבוצעו עם לפחות שתי קבוצות שונות של קווי לייזר 2 CO התייחסות. טבלה 2 מתארת ​​את הנתונים שנרשמו לפליטת 235.5 מיקרומטר לייזר בעת השימוש ב 9 P 04 CO 2 לייזר משאבה. לפליטת לייזר-אדום רחוק זו, ארבעה עשר מדידות בודדות של תדר הפעימה נרשמו. הסט הראשון של מדידות נרשם בעת השימוש בR 9 10 ו -9 P 38 פליטת CO2 לייזר התייחסות. לצעד 3.4.5, כתדר לייזר-אדום הרחוק הוגדל מעט, את תדירות הפעימות נצפתה גם להגדיל. זה מצביע על תדירות הלייזר-אדום הרחוק הייתה גדולה יותר מהגודל של תדר ההבדל בין 9 R 10 ו -9 P 38 CO 2 לייזרי התייחסות, | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) |. לכן o הסימןf תדירות הפעימה במשוואה 1 היה חיובי עבור קבוצה זו של CO 2 לייזרי התייחסות. לעומת זאת, הקבוצה השנייה של מדידות המשמשת פליטת לייזר 9 R 16 ו -9 P 34 CO 2 התייחסות. כאשר צעד 3.4.5 בוצע, ירידה בתדירות הפעימה נצפתה בעוד תדר הלייזר-אדום הרחוק הוגדל מעט. זה מצביע על תדירות הלייזר-אדום הרחוק הייתה פחות מגודלו של תדר ההבדל בין R 9 P 16 ו -9 34 CO 2 לייזרי התייחסות. לכן, עבור קבוצה זו של CO 2 לייזרי התייחסות הסימן של תדר הפעימה במשוואה 1 היה שלילי. כפי שמודגם בטבלה 2, תדר הלייזר-אדום רחוק מחושב, ν FIR, לשני המצבים נשאר אותו הדבר עד למרחק של סטיית תקן אחת-סיגמא ± 0.12 MHz.

תדרי הלייזר-אדום רחוק הממוצע נקבעו עם טכניקה ניסיונית זה מפורטים ב 2. תדרי הלייזר הממוצע מדווחים עם אורך הגל שלהם המקביל וwavenumber, מחושב באמצעות 1 סנטימטר -1 = 29 979.2458 MHz. כל תדרי הלייזר-אדום רחוק נמדדו בתנאי תפעול אופטימליים. לאורך חקירה זו, כמה תדרים שדווחו בעבר נמדדו ונמצאו בהסכם עם הערכים שפורסמו. חוסר ודאות השבר אחד-סיגמא, Δν, תדרי לייזר של-אדום הרחוק נמדדו עם טכניקה זו היא ± 5 × 10-7. אי ודאות זו נגזרת מהשחזור של תדרים ידועים עם מערכת זו, הסימטריה והרוחב של עקומת הרווח הרחיבה של הלייזר-אדום הרחוק, והדיוק של המדידות 4,25,31.

פליטת הלייזר-אדום הרחוק שהתגלתה במהלך חקירה זו נצפתה להיות כוח של "W &# 8217; מתאים למגוון בכוח .001-0.01 mW. לשם השוואה, קו 118.8 מיקרומטר של מתנול נצפה עם מערכת זו להיות VVS עם כוח מעט מעל 10 mW בעת שימוש במשאבת 36 CO 9 P 2 יש כוח של 18 W. בנוסף, טבלה 3 כוללת את הקיטוב של כל חדש פליטת לייזר-אדום רחוק נמדדה ביחס לליזר משאבתה בהתאמה CO 2. ברוב המקרים, רק קיטוב אחד נצפה לשלוט, או מקביל קיטוב או בניצב לליזר משאבת CO 2. למצבים שבם אין קיטוב דומיננטי נצפה, שני הקיטובים כבר מופיעים ברשימה.

לסיכום, שמונה פליטת לייזר-אדום רחוק נוצרה על ידי difluoromethane באמצעות מערכת לייזר מולקולרית שאוב אופטי שיש גיאומטריה שאיבה רוחבית. זה כולל את הגילוי של שלוש פליטת לייזר-אדום רחוק שיש אורכי גל של 235.5, 335.9, 416.8 ומיקרומטר. ברגע שזוהה, טכניקת heterodyne שלושה-לייזר המשמשת למדידת התדירות לכל נצפה פליטת לייזר-אדום רחוק. התדרים לפליטת לייזר אלה נע בין 0.359-1.273 THz ומדווחים עם חוסר ודאות השבר של ± 5 חלקים ב 10 7.

איור 1
איור 1. תרשים סכמטי של מערכת הלייזר המולקולרית השאובה אופטי המורכבת ממשאבת לייזר פחמן דו חמצני וחלל לייזר-אדום רחוק. מדיום הלייזר-אדום הרחוק הוא נרגש באמצעות גיאומטריה שאיבה רוחבית. הודפס מחדש בשינויים קלים מRef. 15 באישור סוג מספרינגר מדע ומדיה עסקים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

= "תמיד"> איור 2
איור 2. תרשים סכמטי של מערכת מדידת תדירות heterodyne שלושה-לייזר. מערכת heterodyne כולל לייזר המולקולרי שאוב אופטי ניצול גיאומטריה שאיבה רוחבית ושני לייזרי התייחסות פחמן דו חמצני נוספים. לא מוצג הם המערכות אלקטרוניות המשמשות לניטור ולייצב את הקרינה שנוצרה על ידי כל לייזר. © [2,015] IEEE. הודפס מחדש, עם שינויים קלים ורשות, מRef. 27. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. חוט טונגסטן משמש בגלאי דיודה נקודת מגע MIM כפי שנצפה דרך עדשת מגדלת.אורכו של החוט הוא כ -2 מ"מ. לפעולה באביב הטובה ביותר, הזוויות בעיקול צריכים להיות קרובה 90 O וכל לשכב באותו המטוס.

איור 4
איור 4. צורת הגל שנוצר על ידי פליטת 274.8 מיקרומטר הלייזר של CH שאוב אופטי 2 F 2 באמצעות לייזר 04 CO 2 משאבה 9 P כפי שנצפה בתצוגת אוסצילוסקופ. קרינת משאבת CO 2 היא מווסתת על ידי מסוק אופטי הפועל בכ -45 הרץ. ההתנגדות של גלאי דיודה MIM היא כ 100 והאות היא כ 6 μV (שיא-לשיא). תצוגת אוסצילוסקופ מוגדרת על 10 μV / חטיבה.

איור 5
ואיור 5. עזבתמונות אמצע להראות תפוקה מכל לייזר התייחסות CO 2, 9 R 16 ו -9 P 34, בהתאמה. האות מאופן המתאימה באוסצילוסקופ היא כ 4 mV mW (שיא-לשיא) לכ -100 של כוח, כפי שנמדדו על ידי מד הכח לפקח. התמונה הימנית מראה את האות בשילוב משני לייזרי ההתייחסות להיות כ 7 mV (שיא-לשיא) המצביעה על שני אותות התייחסות ערבוב כראוי על גלאי דיודה MIM. ההתנגדות של גלאי דיודה MIM היא כ 100 Ω. תצוגת אוסצילוסקופ בכל תמונה מוגדרת על 1 mV / חטיבה. CO 2 הקרינה היא מווסתת על ידי מסוק אופטי הפועל בכ -70 הרץ.

איור 6
איור 6. אותות הקרינה הרוויים בלחץ נמוך (6 אבא) CO 2 תוך שימוש 24 CO 9 R 2פליטת לייזר. גרף זה מתקבל על ידי ויסות פליטת לייזר התייחסות CO 2 באמצעות מסוק חיצוני ב 52 הרץ ואילו המתח להחיל PZT של לייזר התייחסות CO 2 ramped בין 0 ל כ 570 V בכ -13 דקות. מגבר הנעילה במוגדר 300 אלפיות שני זמן קבוע ורגישות 200 mV. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
איור 7. אות הקרינה רוויה בלחץ נמוך (6 אבא) CO 2 תוך שימוש בפליטת 2 לייזר 9 R 24 CO כפי שנצפה על אוסצילוסקופ. התמונה השמאלית מציינת את תצוגת אוסצילוסקופ כאשר מתח PZT הוא מהמרכז לטבול כבש, כ 80 V בההוא תמונה. תמונות האמצע וימין מצביעות על תצוגת אוסצילוסקופ כאשר מתח PZT הוא או מייד בצד השמאל או ימין של המרכז לטבול הכבש, כ 278 ו295 V בהתאמה בתמונות אלה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .

איור 8
איור 8. אות הפעימה בין פליטת 235.5 מיקרומטר הלייזר של CH שאוב אופטי 2 F 2 באמצעות 04 CO 2 לייזר משאבת 9 P וR 9 P 16 ו -9 34 CO 2 לייזרי התייחסות. פרק זמן של כ -25 מגה-הרץ הוא בדרך כלל מְשׁוּמָשׁ. רוב אותות פעימה הם נצפו ב± 5 GHz. עם זאת, יש אזורי תדר מסוימים בתוך הפרמטרים חיפוש אלה שיש להם איתות נמוכהלרעש. לכן, שימוש באזור חיפוש מעט גדול יותר שלפעמים היה מועיל.

איור 9
פרשת איור 9. של interferogram לייזר טיפוסי מהוד (או סריקת חלל) מורכב מסדרה של פסגות בדידות שמתאימות למצבים של המהוד, מופרדת על ידי אזורים שבם אין lasing מתרחש. סריקה זו מציגה את פליטת 511.445 מיקרומטר לייזר שנוצרה על ידי CH שאוב אופטי 2 F 2 באמצעות משאבת CO 2 28 9 R. ירידה במצב מיקרומטר מתאימה לירידה ב( הפרדת מראה למראה) אורכו של חלל לייזר-אדום הרחוק. דיודה MIM זוהתה אות מקסימלי 20 μV שיא-לשיא שנוצרה על ידי פליטת לייזר-אדום רחוק זה. הפלט מהגלאי נרשם באמצעות מגבר נעילה ב, נקבע בזמן msec 300 קבועים ו -20 μV sensitivity, ממשק למחשב. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

שולחן 1
טבלה 1: סטים של CO 2 לייזרי התייחסות הבדל שתדירות היא ליד התדר המחושב לפליטת 235.5 מיקרומטר הלייזר מCH שאוב אופטי 2 F 2 כאשר נרגש באמצעות פליטת CO 04 לייזר 2 9 P.

טבלה 2
תדרים הכו נמדד פליטת 235.5 מיקרומטר הלייזר מCH שאוב אופטי 2 F 2 כאשר נרגש באמצעות פליטת CO 04 לייזר 2 9 P: טבלה 2. שני סטים של CO 2 לייזרי התייחסות הם שימושד כדי ליצור את תדירות ההבדל הידועה (| ν CO2 (I) -ν CO2 (II) |).

טבלה 3
טבלה 3: תדרי לייזר-אדום רחוק מניו CH שאוב אופטי 2 F 2.

לוח 4
טבלה נוספת: פרטים טכניים של המערכת הניסיונית כוללים כמה רכיבים מסחריים רלוונטיים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ישנם מספר צעדים קריטיים בפרוטוקול שדורש קצת דיון נוסף. כאשר מודדים את אורך גל לייזר-אדום הרחוק, כפי שמתואר בשלב 2.5.3, זה חשוב כדי להבטיח את אותו המצב של פליטת לייזר-אדום הרחוק נמצא בשימוש. מצבים מרובים של אורך גל לייזר-אדום רחוק (כלומר, TEM 00, TEM 01, וכו ') יכול להיות שנוצרו בתוך חלל הלייזר ולכן חשוב לזהות את מצבי החלל סמוך המתאימים בשימוש כדי למדוד את אורך הגל 13,29, 41. כדי לסייע בחיסול מצבים מסדר גבוה יותר, אירוסים כלולים בתוך כל חלל לייזר. כאשר מדידה מדויקת תדר לייזר-אדום רחוק, זה הכרחי הלייזרים, במיוחד לייזרי התייחסות CO 2, פועלים ביסודם מצב (TEM 00). אירוסים משמשים גם כדי להבטיח את הדפוס איתר על ידי הלייזר-אדום הרחוק על מנתח הספקטרום הוא סימטרי. למצבים שבם מספר רב של הרבהאורכי גל לייזר -infrared מופקים על ידי קו משאבה מסוים CO 2, כמו במקרה של 9 P 04, קבוצה של מסנני קליטה, מכוילים עם אורך גל, המשמשים כדי לסייע בהבחנה אורכי גל לייזר-אדום רחוק. הם גם יכולים לשמש כדי להחליש כל קרינת לייזר CO 2 פזורות יציאת חלל לייזר-אדום הרחוק.

סעיף 2.4 מתאר את הדור של קרינת לייזר-אדום רחוק. במהלך חקירות רבות, מצאנו כי אורכי גל שונים מרובים יכולים להיות שנוצרו על ידי אותה קבוצת לייזר משאבת CO 2 במעט שונה לקזז תדרים. לדוגמא, לייזר 04 CO 2 המשאבה 9 P הוא מסוגל לייצר 289.5 724.9 ומיקרומטר אורכי הגל של CH 2 F 2 בתדירות משאבה אחת בזמן אורכי הגל שנותרו נמדדו במהלך חקירה זו היו שנוצרו באמצעות תדר שונה מעט מP 9 04 לייזר CO 2 משאבה. זה accomplished ידי שינוי המתח להחיל PZT שtunes התדר של לייזר משאבת CO 2 באמצעות עקומת הרווח הרחיבה (כ ± 45 MHz מהתדר המרכזי שלה בניסוי זה). למרות שלא התייחסו באופן ספציפי בסעיף 2.4, אנחנו מאמינים שזה הוא תכונה ראויה לציון בחיפוש קרינת לייזר-אדום רחוק.

למצבים שבם פליטת לייזר-אדום רחוק מרובה נוצרות על ידי אותו קו לייזר משאבת CO 2 באותה תדירות קיזוז, interferogram מהוד לייזר (או סריקת חלל) ניתן לבצע כדי לסייע בזיהוי פליטת לייזר-אדום רחוק שונה שנוצר . איור 9 ממחיש חלק מinterferogram מהוד לייזר טיפוסי, עם תפוקת החשמל זמם כפונקציה של ירידת אורך חלל לייזר-אדום רחוק 42-45.

כפי שתואר בסעיף 3.4, שני סטים שונים של CO 2לייזרי התייחסות משמשים למדידת תדירות לייזר-אדום הרחוק. זה עוזר למנוע חוסר הוודאות לגבי שאלה אם תדר הפעימה הוא מעל או מתחת לתדר ההבדל שנוצר בין לייזרי התייחסות CO 2. יחד עם מתן דרך לאמת את תדר לייזר-אדום הרחוק באופן עצמאי, זה כבר שימושי במיוחד בעת עבודה עם אותות פעימה חלשים שבו התבוננות השינוי הקל בתדירות הקצב ככל שעולה תדירות לייזר-אדום הרחוק יכול להיות מאתגר.

גלאי דיודה MIM הוא מרכיב חיוני למערכת ניסיונית זה בגלל המהירות שלו גבוהה, הרגישות, וכיסוי רפאים הרחב 23,24. עם זאת, ישנן מספר מגבלות לגלאי דיודה MIM הכוללות חוסר יציבות מכאנית, רגישות להפרעות אלקטרומגנטיות, שחזור עני, ויש גבול לכח המרבי אותו מסוגל לזהות תוך השמירה על רגישותה. תוך מדידת fr לייזר-אדום רחוקequencies, הרגישות של גלאי דיודה MIM נמצאה ירידה במהירות לאורך זמן אם הכח מכל לייזר התייחסות CO 2 עלה 150 mW.

מעבר לגלאי דיודה MIM, המגבלה העיקרית לטכניקה הנוכחית היא היציבות של הלייזר-אדום הרחוק 4,31,46. הגבלה בתצורה הנוכחית של המערכת הניסיונית היא חוסר היכולת למדוד את תדירות הקיזוז של לייזר משאבת CO 2. כאמור, את התדירות לקזז מוגדרת כהפרש בין התדרים שבשימוש על ידי לייזר משאבת CO 2 כדי ליצור את פליטת לייזר-אדום הרחוק והתדר המרכזי של לייזר משאבת CO 2. כך זה מייצג את ההבדל בין תדר הקליטה של מדיום לייזר-אדום הרחוק והתדר המרכזי של לייזר משאבת CO 2. בדרך כלל, התדירות לקזז נמדדת בקלות באמצעות כל קרינת לייזר CO 2 שמפוזרות בטעות את oF חלל לייזר-אדום הרחוק. בתצורה הנוכחית שלנו לעומת זאת, קרינת לייזר מעט מאוד CO 2 זמינה למדידה כזו. שיטות אחרות למדידת תדירות הקיזוז יכולות להיות משולבות בתוך חזרות עתידיות של הפרויקט. זה כולל שימוש במפצלי אלומה נוספים ומראות לזוג חלק מקרינת המשאבה לגלאי דיודה MIM. המדידה של תדירות לקזז מועילה בעת הקצאת מעברים ספקטרוסקופיות ל25,34 פליטת לייזר-אדום הרחוק.

תדרי לייזר-אדום רחוק גם נמדדו על ידי אִבּוּך שני לייזרים-אדום רחוק שאוב אופטי ומיקרוגל מקור על גלאי דיודה MIM לפי התדירות של אחת משני הלייזרים-אדום רחוק ידועה ומשמשת כתדירות התייחסות 47. השימוש בתדרים-אדום הרחוק עם דיוק רב יותר הוא אפשרי תוך שימוש בטכניקות אחרות, כגון עם THz סינתזת תדירות-מסרק דומה לאלה discussed בשופטים. 48-54. מדידת תדרי לייזר מרחיב את תפקידו של לייזרים מולקולריים שאוב אופטי ביישומי THz מהדמית THz 55, את תפקידה כמקור של קרינת THz לספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה 13,20, ובסיוע בניתוח הספקטרום המורכב הקשורים lasing 19,34,37 בינוניים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vacuum pump Leybold Trivac D4A HE-175 oil; Quantity = 3
Vacuum pump Leybold Trivac D8B or D16B Fomblin Fluid; Quantity = 1 of each
Vacuum pump Leybold Trivac D25B HE-175 oil; Quantity = 1
Optical chopper with controller Stanford Research Systems SR540
Lock-in amplifier Stanford Research Systems SR830
Spectrum analyzer Agilent E4407B ESA-E Series, 9 kHz to 26.5 GHz Spectrum Analyzer
Amplifier  Miteq AFS-44 Provides amplification of signals between 2 and 18 GHz. The amplifier is powered by a Hewlett Packard triple output DC power supply, model E3630A.
Amplifier  Avantek AWL-1200B Provides amplification of signals less than 1.2 GHz.
Power supply Hewlett Packard E3630A Low voltage DC power supply for amplifier.
Power supply Glassman KL Series High voltage power supply for the CO2 lasers; Quantity = 2; negative polarity
Power supply Fluke 412B High voltage power supply used with the NIST Asymmetric HV Amp
Detector Judson Infrared Inc J10D For fluorescence cell; Quantity = 2
CO2 laser spectrum analyzer Optical Engineering  16-A Currently sold by Macken Instruments Inc.
Thermal imaging plates with UV light Optical Engineering  Primarily used for aligning the CO2 reference lasers. Currently sold by Macken Instruments Inc.
Resistors Ohmite  L225J100K 100 kW, 225 W. Between 4 to 6 resistors are used in each ballast system. Each CO2 laser has its own ballast system. Fans are used to cool the resistors.
HV relay, SPDT CII Technologies H-17 Quantity = 3; one for each CO2 laser
Amplifier  Princeton Applied Research PAR 113 Used with fluorescence cell; Quantity = 2
Oscilloscope Tektronix 2235A Similar models are also used; Quantity = 2
Oscilloscope/Differential amplifier Tektronix 7903 oscilloscope with 7A22 differential amplifier
Power meter with sensor Coherent 200 For use below 10 W.  This is the power meter shown in Figure 2.
Power meter with sensor Scientech, Inc Vector S310 For use below 30 W
Multimeter Fluke 73III Similar models are also used; Quantity = 3
Data acquisition National Instruments NI cDAQ 9174 chassis with NI 9223 input module Uses LabVIEW software
Simichrome polish Happich GmbH Polish for the Nickel base used in the MIM diode detector. Although the Nickel base can be used immediately after polishing, a 12 hour lead time is typically recommended.
Pressure gauge Wallace and Tiernan 61C-1D-0050 Series 300; for CO2 laser; Quantity = 3
Pressure gauge with controller Granville Phillips Series 375 For far-infrared laser
Zirconium Oxide felt Zircar Zirconia ZYF felt Used as a beam stop
Zirconium Oxide board Zircar Zirconia ZYZ-3 board Used as a beam stop; Quantity = 4
Teflon sheet Scientific Commodities, Inc BB96312-1248 1/32 inch thick; used for the far-infrared laser output window
Polypropylene C-Line sheet protectors 61003 used for the far-infrared laser output window
Vacuum grease Apiezon
Power supply Kepco NTC 2000 PZT power supply
PZT tube Morgan Advanced Materials 1 inch length, 1 inch outer diameter, 0.062 inch thickness, reverse polarity (positive voltage on outside); Quantity = 3
ZnSe (AR coated) II-VI Inc CO2 laser window (Quantity = 3), lens, and beam splitter (Quantity 3)
NaCl window Edmond Optics Quantity = 1
CaF window Edmond Optics Quantity = 2
Laser mirrors and gratings Hyperfine, Inc Gold-coated; includes positioning mirrors
Glass laser tubes and reference cells Allen Scientific Glass
MIM diode detector Custom Microwave, Inc
Other Other materials include magnetic bases, base plates, base clamps, XYZ translation stage, etc.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hocker, L. O., Javan, A., Ramachandra Rao, D., Frenkel, L., Sullivan, T. Absolute frequency measurement and spectroscopy of gas laser transitions in the far infrared. Appl. Phys. Lett. 10 (5), 147-149 (1967).
  2. Wells, J. S., Evenson, K. M., Day, G. W., Halford, D. Role of infrared frequency synthesis in metrology. Proc. IEEE. 60 (5), 621-623 (1972).
  3. Whitford, B. G., Siemsen, K. J., Riccius, H. D., Baird, K. A. New frequency measurements and techniques in the 30-THz region. IEEE Trans. Instrum. Meas. 23 (4), 535-539 (1974).
  4. Petersen, F. R., et al. Far infrared frequency synthesis with stabilized CO2 lasers: Accurate measurements of the water vapor and methyl alcohol laser frequencies. IEEE J. Quantum Elect. 11 (10), 838-843 (1975).
  5. Uranga, C., Connell, C., Borstad, G. M., Zink, L. R., Jackson, M. Discovery and frequency measurement of short-wavelength far-infrared laser emissions from optically pumped 13CD3OH and CHD2OH. Appl. Phys. B. 88 (4), 503-505 (2007).
  6. Jackson, M., Milne, J. A., Zink, L. R. Measurement of optically pumped CH318OH laser frequencies between 3 and 9 THz. IEEE J. Quantum Elect. 47 (3), 386-389 (2011).
  7. Evenson, K. M., et al. Optically pumped FIR lasers: Frequency and power measurements and laser magnetic resonance spectroscopy. IEEE J. Quantum Elect. 13 (6), 442-444 (1977).
  8. Evenson, K. M., Jennings, D. A., Petersen, F. R. Tunable far-infrared spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 44 (6), 576-577 (1984).
  9. Evenson, K. M., et al. Speed of light from direct frequency and wavelength measurements of the methane-stabilized laser. Phys. Rev. Lett. 29 (19), 1346-1349 (1972).
  10. BIPM. Resolution 1. Comptes Rendus des Séances de la 17e Conférence Générale des Poids et Mesures, Sevres, France, , 97-98 (1983).
  11. Giacomo, P. News from the BIPM. Metrol. 20 (1), 25-30 (1984).
  12. Chang, T. Y., Bridges, T. J. Laser action at 452, 496 and 541 µm in optically pumped CH3F. Opt. Commun. 1 (9), 423-426 (1970).
  13. Douglas, N. G. Millimetre and Submillimetre Wavelength Lasers: A Handbook of CW Measurements. Walter, H. 61, Springer Series in Optical Sciences. Springer-Verlag. (1989).
  14. Zerbetto, S. C., Vasconcellos, E. C. C., Zink, L. R., Evenson, K. M. 12CH2F2 and 13CH2F2 far-infrared lasers: New lines and frequency measurements. Int. J. Infrared Millim. Waves. 18 (12), 2301-2306 (1997).
  15. Jackson, M., Alves, H., Holman, R., Minton, R., Zink, L. R. New cw optically pumped far-infrared laser emissions generated with a transverse or ‘zig-zag’ pumping geometry. J. Infrared, Millim., Terahertz Waves. 35 (3), 282-287 (2014).
  16. Danielewicz, E. J. The optically pumped difluoromethane far-infrared laser. Reviews of Infrared and Millimeter Waves. Button, K. J., Inguscio, M., Strumia, F. 2, Plenum. 223-250 (1983).
  17. Deroche, J. C., Benichou, E. K., Guelachvili, G., Demaison, J. Assignments of submillimeter emissions in difluoromethane pumped by 12C18O2 and 12C18O2 lasers. Int. J. Infrared Millim. Waves. 7 (10), 1653-1675 (1986).
  18. Jackson, M., Zink, L. R., McCarthy, M. C., Perez, L., Brown, J. M. The far-infrared and microwave spectra of the CH radical in the v = 1 level of the X2Π. J. Mol. Spectrosc. 247 (2), 128-139 (2008).
  19. Zhao, S., Lees, R. M. CH318OH: Assignment of FIR laser lines optically pumped in the in-plane CH3-rocking band. J. Mol. Spectrosc. 168 (1), 67-81 (1994).
  20. Evenson, K. M., Saykally, R. J., Jennings, D. A., Curl, R. F., Brown, J. M. Far infrared laser magnetic resonance. Chemical and Biochemical Applications of Lasers. 5, Academic Press. 95-138 (1980).
  21. Hocker, L. O., Sokoloff, D. R., Daneu, V., Szoke, A., Javan, A. Frequency mixing in the infrared and far-infrared using a metal-to-metal point contact diode. Appl. Phys. Lett. 12 (12), 401-402 (1968).
  22. Daneu, V., Sokoloff, D., Sanchez, A., Javan, A. Extension of laser harmonic-frequency mixing techniques into the 9 μ region with an infrared metal-metal point-contact diode. Appl. Phys. Lett. 15 (12), 398-400 (1969).
  23. Jennings, D. A., Evenson, K. M., Knight, D. J. E. Optical Frequency Measurements. Proc. IEEE. 74 (1), 168-179 (1986).
  24. Zink, L. R. Highly accurate molecular constants for CO, HF, HCl, OH, NaH, MgH, and O2: Rotational transition frequencies measured with tunable far infrared radiation [thesis]. , University of Colorado. (1986).
  25. Xu, L. -H., et al. Methanol and the optically pumped far-infrared laser. IEEE J. Quantum Elect. 32 (3), 392-399 (1996).
  26. Jackson, M., Zink, L. R., Garrod, T. J., Petersen, S., Stokes, A., Theisen, M. The generation and frequency measurement of short-wavelength far-infrared laser emissions. IEEE J. Quantum Elect. 41 (12), 1528-1532 (2005).
  27. Jackson, M., Smith, M., Gerke, C., Barajas, J. M. Measurement of far-infrared laser frequencies from methanol isotopologues. IEEE J. Quantum Elect. 51 (4), 1500105 (2015).
  28. Freed, C., Javan, A. Standing-wave saturation resonances in the CO2 10.6 μ transitions observed in a low-pressure room-temperature absorber gas. Appl. Phys. Lett. 17 (2), 53-56 (1970).
  29. DeShano, B., Olivier, K., Cain, B., Zink, L. R., Jackson, M. Using guide wavelengths to assess far-infrared laser emissions. J. Infrared, Millim., Terahertz Waves. 36 (1), 13-30 (2015).
  30. Jackson, M., Nichols, A. J., Womack, D. R., Zink, L. R. First laser action observed from optically pumped CH317OH. IEEE J. Quantum Elect. 48 (3), 303-306 (2012).
  31. Inguscio, M., Moruzzi, G., Evenson, K. M., Jennings, D. A. A review of frequency measurements of optically pumped lasers from 0.1 to 8 THz. J. Appl. Phys. 60 (12), R161-R191 (1986).
  32. Pereira, D., et al. A review of optically pumped far-infrared laser lines from methanol isotopes. Int. J. Infrared Millim. Waves. 15 (1), 1-44 (1994).
  33. Zerbetto, S. C., Vasconcellos, E. C. C. Far infrared laser lines produced by methanol and its isotopic species: A review. Int. J. Infrared Millim. Waves. 15 (5), 889-933 (1994).
  34. Moruzzi, G., Winnewisser, B. P., Winnewisser, M., Mukhopadhyay, I., Strumia, F. Microwave, Infrared and Laser Transitions of Methanol: Atlas of Assigned Lines from 0 to 1258 cm-1. , CRC Press. FL. (1995).
  35. Handbook of Laser Wavelengths. Weber, M. J. , CRC Press. FL. (1999).
  36. De Michele, A., et al. FIR laser lines from CH3OD: A review. Int. J. Infrared Millim. Waves. 25 (5), 725-734 (2004).
  37. De Michele, A., Carelli, G., Moruzzi, G., Moretti, A. Hydrazine far-infrared laser lines and assignments: a review. J. Opt. Soc. Am. B. 22 (7), 1461-1470 (2005).
  38. Moraes, J. C. S., et al. Experimental investigation of 13CD3OH infrared transitions by means of optoacoustic spectroscopy. Int. J. Infrared Millim. Waves. 13 (11), 1801-1823 (1992).
  39. Viscovini, R. C., Scalabrin, A., Pereira, D. Infrared optoacoustic spectroscopy of 13CD3OD around the 10R and 10P CO2 laser lines. Int. J. Infrared Millim. Waves. 17 (11), 1821-1838 (1996).
  40. Maki, A. G., Chou, C. C., Evenson, K. M., Zink, L. R., Shy, J. T. Improved molecular constants and frequencies for the CO2 laser from new high-J regular and hot-band frequency measurements. J. Mol. Spectrosc. 167 (1), 211-224 (1994).
  41. Douglas, N. G., Krug, P. A. CW laser action in ethyl chloride. IEEE J. Quantum Elect. 18 (10), 1409-1410 (1982).
  42. Schwaller, P., Steffen, H., Moser, J. F., Kneubühl, F. K. Interferometry of resonator modes in submillimeter wave lasers. Appl. Opt. 6 (5), 827-829 (1967).
  43. Steffen, H., Kneubühl, F. K. Resonator interferometry of pulsed submillimeter-wave lasers. IEEE J. Quantum Elect. 4 (12), 992-1008 (1968).
  44. Whitbourn, L. B., Macfarlane, J. C., Stimson, P. A., James, B. W., Falconer, I. S. An experimental study of a cw optically pumped far infrared formic acid vapour laser. Infrared Phys. 28 (1), 7-20 (1988).
  45. Belland, P., Véron, D., Whitbourn, L. B. Mode study, beam characteristics and output power of a cw 337 μm HCN waveguide laser. J. Phys. D: Appl. Phys. 8 (18), 2113-2122 (1975).
  46. Inguscio, M., Ioli, N., Moretti, A., Strumia, F., D'Amato, F. Heterodyne of optically pumped FIR molecular lasers and direct frequency measurement of new lines. Appl. Phys. B. 40 (3), 165-169 (1986).
  47. Carelli, G., et al. CH318OH: FIR laser line frequency measurements and assignments. Infrared Phys. Technol. 35 (6), 743-755 (1994).
  48. Pearson, J. C., Müller, H. S. P., Pickett, H. M., Cohen, E. A., Drouin, B. J. Introduction to submillimeter, millimeter and microwave spectral line catalog. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 111 (11), 1614-1616 (2010).
  49. Ehasz, E. J., Goyette, T. M., Giles, R. H., Nixon, W. E. High-resolution frequency measurements of far-infrared laser lines. IEEE J. Quantum Elect. 46 (4), 474-477 (2010).
  50. Pearson, J. C., Drouin, B. J., Yu, S., Gupta, H. Microwave spectroscopy of methanol between 2.48 and 2.77 THz. J. Opt. Soc. Am. B. 28 (10), 2549-2577 (2011).
  51. Consolino, L., et al. Phase-locking to a free-space terahertz comb for metrological-grade terahertz lasers. Nat. Commun. 3, Article No. 1040 (2012).
  52. Bartalini, S., et al. Frequency-comb-assisted terahertz quantum cascade laser spectroscopy. Phys. Rev. X. 4 (2), 021006 (2014).
  53. Finneran, I. A., Good, J. T., Holland, D. B., Carroll, P. B., Allodi, M. A., Blake, G. A. Decade-spanning high-precision terahertz frequency comb. Phys. Rev. Lett. 114 (16), Article No. 163902 (2015).
  54. De Natale, P., et al. Quantum cascade laser THz metrology. Proc. SPIE.. 9370 Quantum Sensing and Nanophotonic Devices XII, , 93701D (2015).
  55. Dickinson, J. C., Goyette, T. M., Waldman, J. High resolution imaging using 325 GHz and 1.5 THz transceivers. 15th International Symposium on Space Terahertz Technology Proceedings, , 373-380 (2004).
  56. Vasconcellos, E. C. C., Zerbetto, S. C., Holecek, J. C., Evenson, K. M. Short-wavelength far-infrared laser cavity yielding new lines in methanol. Opt. Lett. 20 (12), 1392-1393 (1995).

Tags

הנדסה גיליון 106 אופטית שאוב לייזר מולקולרי טכניקת heterodyne שלוש-לייזר תדירות לייזר-אדום רחוק difluoromethane
אפיון פליטות לייזר רחוק אינפרה-אדומות והמדידה של התדרים שלהם
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jackson, M., Zink, L. R.… More

Jackson, M., Zink, L. R. Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies. J. Vis. Exp. (106), e53399, doi:10.3791/53399 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter