Descriviamo la generazione di radiazioni nel lontano infrarosso utilizzando un laser molecolare pompato otticamente insieme alla misurazione delle loro frequenze con tecniche eterodina. Il sistema e le tecniche sperimentali sono dimostrati utilizzando il difluorometano (CH2, F2) come mezzo laser, i cui risultati includono tre nuove emissioni laser e otto frequenze laser misurate.
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Articolo metodologico
Caratterizzare lontano infrarosso Emissioni laser e la misurazione delle loro frequenze
In questo articolo
Sommario
Abstract
La generazione e successiva misura della radiazione all'infrarosso lontano ha trovato numerose applicazioni in spettroscopia ad alta risoluzione, radio astronomia, e di imaging Terahertz. Per circa 45 anni, la generazione di coerenza, radiazioni all'infrarosso lontano è stato realizzato utilizzando il laser molecolare pompaggio ottico. Una volta rilevata la radiazione laser all'infrarosso lontano, le frequenze di queste emissioni laser sono misurate usando una tecnica eterodina tre laser. Con questa tecnica, la frequenza sconosciuta del laser molecolare pompaggio ottico è mescolato con la differenza di frequenza tra due frequenze di riferimento, stabilizzati infrarossi. Queste frequenze di riferimento vengono generati da laser di biossido di carbonio indipendenti, ciascuna stabilizzato utilizzando il segnale di fluorescenza da una cella di riferimento bassa pressione esterna. Il battito risultante tra le note e sconosciute frequenze laser è monitorato da un punto di contatto diodo rivelatore metallo-isolante-metallo la cui uscita è osservato su una specificaanalizzatore trum. La frequenza di battimento tra queste emissioni laser viene successivamente misurata e combinato con le frequenze di riferimento noti per estrapolare la frequenza del laser lontano infrarosso sconosciuta. La risultante di un sigma incertezza frazionata per frequenze laser misurata con questa tecnica è di ± 5 parti in 10 7. Determinare accuratamente la frequenza delle emissioni laser lontano infrarosso è critico in quanto sono spesso utilizzati come riferimento per altre misure, come in alto indagini spettroscopiche -Risoluzione dei radicali liberi con laser a risonanza magnetica. Nell'ambito di questa indagine, difluorometano, CH 2 F 2, è stato utilizzato come mezzo di laser lontano infrarosso. In tutto, otto frequenze laser lontano infrarosso sono stati misurati per la prima volta con frequenze che vanno da 0.359 al 1.273 THz. Tre di queste emissioni laser sono stati scoperti durante questa indagine e presentate con la loro pressione di esercizio ottimale, polarizzazione rispetto al CO 2
Introduzione
La misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso fu eseguita da Hocker e collaboratori nel 1967. Hanno misurato le frequenze per i 311 e 337 micron emissioni dal-scarico diretto laser acido cianidrico mescolandoli con armoniche di ordine elevato di un segnale a microonde in un diodo al silicio 1. Per misurare frequenze superiori, una catena di laser e dispositivi di miscelazione armonici sono stati utilizzati per generare le armoniche laser 2. Alla fine due stabilizzato anidride carbonica (CO 2) laser sono stati scelti per sintetizzare la differenza necessaria frequenze 3,4. Oggi, frequenze laser all'infrarosso l....
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Protocollo
1. Pianificazione di Esperimenti
- Condurre uno studio della letteratura per valutare il lavoro preliminare eseguito utilizzando il mezzo di laser di interessi, che per questo esperimento è CH 2 F 2. Identificare tutte le emissioni laser noti insieme a tutte le informazioni sulle linee, come la loro lunghezza d'onda e la frequenza. Diverse indagini di emissioni laser noti sono disponibili 13,31 - 37.
- Compilare tutte le indagini spettroscopiche della molecola utilizzata come mezzo di laser con una particolare attenzione alla prima trasformata di Fourier 34 e optoacustica studi
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Risultati
Come accennato, la frequenza riportata di emissione laser lontano infrarosso è una media di almeno dodici misure effettuate con almeno due diversi insiemi di CO linee laser 2 di riferimento. La Tabella 2 illustra i dati registrati per l'emissione 235.5 micron laser utilizzando la 9 P 04 CO 2 laser della pompa. Per questa emissione laser lontano infrarosso, sono state registrate quattordici misurazioni individuali della frequenza di battimento. La prima serie di misure .......
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Discussione
Ci sono diversi passaggi critici all'interno del protocollo che richiedono una discussione supplementare. Quando si misura la lunghezza d'onda del laser all'infrarosso lontano, come descritto nel passaggio 2.5.3, è importante garantire la stessa modalità dell'emissione laser lontano infrarosso viene utilizzato. Modalità multiple di una lunghezza d'onda laser lontano infrarosso (cioè, TEM 00, TEM 01, etc.) possono essere generati all'interno della cavità laser e quin.......
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Dichiarazioni
Alcune attrezzature commerciali sono identificate in questo documento per favorire la comprensione. Tale identificazione non implica una raccomandazione o un'approvazione da parte degli autori, né implica che l'attrezzatura identificata sia necessariamente la migliore disponibile per lo scopo.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato in parte dal Washington Space Grant Consortium nell'ambito dell'Award NNX10AK64H.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Pompa a vuoto | Leybold | Trivac D4A | HE-175 olio; Quantità = 3 |
| Pompa per vuoto | Leybold | Trivac D8B o D16B | Fomblin Fluid; Quantità = 1 di ogni |
| Pompa per vuoto | Leybold | Trivac D25B | HE-175 olio; Quantità = 1 |
| Chopper ottico con controller | Stanford Research Systems | SR540 | |
| Amplificatore lock-in | Stanford Research Systems | SR830 | |
| Analizzatore di spettro | Agilent | E4407B | ESA-E, amplificatore analizzatore di spettro da 9 kHz a 26,5 GHz |
| Miteq | AFS-44 | Fornisce l'amplificazione dei segnali tra 2 e 18 GHz. L'amplificatore è alimentato da un alimentatore CC a tripla uscita Hewlett Packard, modello E3630A. | |
| Amplificatore | Avantek | AWL-1200B | Fornisce l'amplificazione di segnali inferiori a 1,2 GHz. |
| Alimentatore | Hewlett Packard | E3630A | Alimentatore DC a bassa tensione per amplificatore. |
| Alimentatore | Glassman | KL Series | Alimentatore ad alta tensione per laser CO2; Quantità = 2; polarità negativa |
| Alimentatore | Fluke | 412B | Alimentatore ad alta tensione utilizzato con il rivelatore di amplificatori HV asimmetrico NIST |
| Judson Infrared Inc | J10D | Per cella a fluorescenza; Quantità = 2 | |
| analizzatori di spettro laser CO2 | Ingegneria ottica | 16-A | Attualmente venduto da Macken Instruments Inc. |
| Piastre termometriche a luce UV | Optical Engineering | Utilizzato principalmente per l'allineamento dei laser di riferimento CO2. Attualmente venduto da Macken Instruments Inc. | |
| Resistori | Ohmite | L225J100K | 100 kW, 225 W. In ogni sistema di zavorra vengono utilizzate da 4 a 6 resistenze. Ogni laser CO2 ha il proprio sistema di zavorra. Le ventole vengono utilizzate per raffreddare le resistenze. |
| Relè AT, SPDT | CII Technologies | H-17 | Quantità = 3; uno per ogni amplificatore laser CO2 |
| Princeton Applied Research | PAR 113 | Utilizzato con cella a fluorescenza; Quantità = 2 | |
| Oscilloscopio | Tektronix | 2235A | Vengono utilizzati anche modelli simili; Quantità = 2 |
| Oscilloscopio/Amplificatore differenziale | Oscilloscopio Tektronix | 7903 con amplificatore | |
| Misuratore di potenza con sensore | Coerente | 200 | Per uso inferiore a 10 W. Questo è il misuratore di potenza mostrato nella Figura 2. |
| Misuratore di potenza con sensore | Scientech, Inc | Vector S310 | Per l'uso inferiore a 30 W |
| Multimetro | Fluke | 73III | Vengono utilizzati anche modelli simili; Quantità = 3 |
| Acquisizione dati | Chassis NI cDAQ 9174 di National Instruments con modulo di input NI 9223 | Utilizza il software LabVIEW | |
| Simichrome polish | Happich GmbH | Polish per la base di nichel utilizzata nel rivelatore di diodi MIM. Sebbene la base di nichel possa essere utilizzata immediatamente dopo la lucidatura, in genere si consiglia un tempo di consegna di 12 ore. | |
| Manometro | Wallace e Tiernan | 61C-1D-0050 | Serie 300; per laser CO2; Quantità = 3 |
| Manometro con controller | Granville Phillips | Serie 375 | Per laser a infrarossi lontani |
| Feltro di ossido di zirconio | Zircar Feltro di zirconia | ZYF | Utilizzato come fermatore di fascio |
| Pannello di ossido di zirconio | Zircar Pannello | ZYZ-3 | Utilizzato come arresto del raggio; Quantità = 4 |
| fogli di teflon | Scientific Commodities, Inc | BB96312-1248 | 1/32 pollici di spessore; utilizzato per la finestra di uscita del laser a infrarossi lontani |
| Protezioni per fogli C-Line in | polipropilene | 61003 | utilizzati per la finestra di uscita del laser a infrarossi lontani |
| Grasso sottovuoto | Apiezon | ||
| Alimentatore | Kepco | NTC 2000 | PZT |
| tubo PZT | Morgan Advanced Materials | 1 pollice di lunghezza, 1 pollice di diametro esterno, 0,062 pollici di spessore, polarità inversa (tensione positiva all'esterno); Quantità = 3 | |
| ZnSe (rivestite AR) | II-VI Inc | CO2 finestra laser (Quantità = 3), lente e divisore di fascio (Quantità 3) | |
| Finestra NaCl | Edmond Optics | Quantità = 1 | |
| finestra CaF | Edmond Optics | Quantità = 2 | |
| Specchi e griglie laser | Hyperfine, Inc | Rivestimento in oro; include specchi di posizionamento | |
| Tubi laser in vetro e celle di riferimento | Allen Scientific Glass | ||
| MIM diode detector | Custom Microwave, Inc | ||
| Altri | materiali includono basi magnetiche, piastre di base, morsetti di base, stadio di traslazione XYZ, ecc. |
Riferimenti
- 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).
- Wells, J. S., Evenson, K. M., Day, G. W., Halford, D. Role of inf....
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Ristampe e permessi
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