Waiting
Login processing...

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

Engineering

Karakterisering Far-infrarøde Laser Emissioner og måling af deres frekvenser

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

Generering og efterfølgende måling af langtrækkende infrarød stråling har fundet talrige anvendelser i høj opløsning spektroskopi, radio astronomi, og Terahertz billeddannelse. For omkring 45 år, har frembringelsen af ​​sammenhængende, langtrækkende infrarød stråling blevet opnået ved hjælp af optisk pumpet molekylær laser. Når langtrækkende infrarød laserstråling detekteres, er hyppigheden af ​​disse laseremissioner målt ved anvendelse af en tre-laser heterodyn teknik. Med denne teknik, den ukendte frekvens fra den optisk pumpede molekylær laser er blandet med den forskel frekvens mellem to stabiliserede, infrarøde referencefrekvenser. Disse referencefrekvenser genereres af uafhængige kuldioxidlasere, hver stabiliseres ved anvendelse af fluorescens-signal fra en ekstern, lavtryk referencecellen. Den resulterende slag mellem kendte og ukendte laserfrekvenser overvåges af en metal-isolator-metal punktkontakt diodedetektor hvis udgang er observeret på en spectrum analysator. Rytmen frekvens mellem disse laser emissioner måles efterfølgende og kombineret med de kendte referencepunkter frekvenser at ekstrapolere det ukendte langtrækkende infrarød laser frekvens. Det resulterende én-sigma fraktioneret usikkerhed for laser frekvenser målt med denne teknik er ± 5 dele i 10 7. Præcist bestemme hyppigheden af langtrækkende infrarød laser emissioner er kritisk, da de ofte bruges som reference for andre målinger, som i høj -Opløsning spektroskopiske undersøgelser af frie radikaler ved hjælp af laser magnetisk resonans. Som led i denne undersøgelse, difluormethan, CH2F 2, blev brugt som langtrækkende infrarød laser medium. I alt blev otte langtrækkende infrarød laser frekvenser målt for første gang med frekvenser, der spænder fra 0,359 til 1,273 THz. Tre af disse laser emissioner blev opdaget i løbet af denne undersøgelse, og indberettes med deres optimale driftstryk, polarisering med hensyn til CO 2

Introduction

Målingen af ​​langtrækkende infrarød laser frekvenser blev uropført af Hocker og medarbejdere i 1967. De målte frekvenserne for de 311 og 337 um emissioner fra direkte udledning hydrogencyanid laser ved at blande dem med høje ordens harmoniske af en mikrobølgeovn signal i en silicium diode 1. For at måle højere frekvenser, blev en kæde af lasere og harmoniske blandeanordninger anvendt til at generere harmoniske laser 2. Til sidst to stabiliserede kuldioxid (CO2) lasere blev udvalgt til at syntetisere den nødvendige forskel frekvenser 3,4. Dag, kan måles langtrækkende infrarød laser frekvenser op til 4 THz med denne teknik kun at bruge den første harmoniske af forskellen frekvens genereres af to stabiliserede CO 2 referencenumre lasere. Kan også måles højere frekvens laseremissioner bruge den anden harmoniske, såsom de 9 THz laseremissioner fra methanol isotopologues CHD 2 OH og CH3 18 OH. 5,6 årenes løb har nøjagtig måling af laser frekvenser påvirket en række videnskabelige forsøg 7,8 og tilladt vedtagelsen af en ny definition af måleren af Generalkonferencen for Mål og Vægt i Paris i 1983. 9 - 11

Heterodyne teknikker, såsom de beskrevet, har været utroligt gavnligt i målingen af ​​langtrækkende infrarød laserfrekvenser genereret af optisk pumpede molekylære lasere. Siden opdagelsen af den optisk pumpede molekylær laser af Chang og broer 12, tusindvis af optisk pumpet langtrækkende infrarød laseremissioner er blevet genereret med en række laser medier. For eksempel, difluormethan (CH2 F 2) og dets isotopologues genererer over 250 laseremissioner når optisk pumpet af en CO 2-laser. Deres bølgelængder i området fra ca. 95,6 til 1714,1 pm 13. - 15 Næsten 75% af disse laser emissioner har haft deres frekvenser målt mens flere er blevet spektroskopisk tildelt 16-18.

Disse lasere, og deres måles nøjagtigt frekvenser, har spillet en afgørende rolle i udvikling af høj opløsning spektroskopi. De giver vigtige oplysninger om infrarøde spektrale studier af laser gasser. Ofte er disse laser frekvenser bruges til at verificere analysen af infrarød og langtrækkende infrarød spektre, fordi de giver forbindelser mellem de ophidsede vibrationelle statslige niveauer, der er ofte direkte utilgængelige fra absorptionsspektre 19. De tjener også som den primære strålingskilde til studier, der undersøger forbigående, kortlivede frie radikaler med laseren magnetisk resonans-teknik 20. Med denne ekstremt følsomme teknik, roterende og ro-vibrationelle Zeeman spektre i paramagnetiske atomer, molekyler og molekylære ioner kan være Recorded og analyseret sammen med evnen til at undersøge reaktionshastighederne anvendes til at skabe disse frie radikaler.

I dette arbejde, en optisk pumpet molekylær laser, vist i figur 1, er blevet anvendt til at frembringe langtrækkende infrarød laserstråling fra difluormethan. Dette system består af en kontinuerlig bølge (cw) CO 2 pumpelaseren og en langtrækkende infrarød laser hulrum. Et spejl internt i langtrækkende infrarød laser kavitet omdirigerer CO 2 laserstråling ned poleret kobberrør, undergår seksogtyve overvejelser før afslutning ved udgangen af hulrummet, spredning resterende pumpestråling. Derfor langtrækkende infrarød laser medium exciteres ved hjælp af en tværgående pumpning geometri. For at generere laservirkning, er flere variable justeres, nogle samtidigt, og alle efterfølgende optimeres, når laserstråling observeres.

I dette eksperiment er langtrækkende infrarød laserstråling overvåges af en metal-isolator-metal (MIM) punkt kontakt diode detektor. MIM diodedetektor er blevet brugt til laser frekvensmåling siden 1969. 21 - 23 laserfrekvensen målinger, MIM diodedetektoren er en harmonisk blander mellem to eller flere strålingskilder, der falder på dioden. MIM diodedetektor består af en skærpet wolframtråd kontakte en optisk poleret nikkel bunden 24. Den nikkelbaseret har en naturligt forekommende tyndt oxidlag, som er det isolerende lag.

Når en laser emission blev påvist, blev dens bølgelængde, polarisering, styrke og optimeret driftstryk optaget under dens frekvens blev målt ved anvendelse af tre-laser heterodyn teknik 25 - 27 ved at følge fremgangsmåden oprindeligt beskrevet i ref. 4. Figur 2 viser den optisk pumpet molekylær laser med to yderligere CW CO 2 referencenumre lasere har uafhængige frekvens staseringsrådgivere systemer, der udnytter Lammet dukkert i 4,3 um fluorescenssignal fra en ekstern, lavtryk cellereferencen 28. Dette håndskrift skitserer den proces, der anvendes til at søge efter langtrækkende infrarød laser emissioner samt metoden til estimering af deres bølgelængde og i præcist bestemme deres frekvens. Specifikt med hensyn til tre-laser heterodyn teknik samt de forskellige komponenter og driftsparametre for systemet kan findes i Supplemental tabel A sammen med referencer 4, 25-27, 29, og 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Planlægning af forsøg

  1. Foretage en undersøgelse af litteraturen til at vurdere forudgående arbejde udføres ved hjælp af laser-medie af interesse, hvilket for dette eksperiment er CH2F 2. Identificer alle kendte laser emission sammen med alle oplysninger om linjerne såsom deres bølgelængde og frekvens. Adskillige undersøgelser af kendte laser emissioner er tilgængelige 13,31 - 37.
  2. Kompilere alle spektroskopiske undersøgelser af molekylet bruges som laser medie med fokus på forudgående Fouriertransformation 34 og optoacoustic studier 38,39.

2. Generering Far-Infrared Laser Emission

  1. Sikkerhed Oversigt.
    1. Udvikle en standardprocedure for laboratoriet, der inkluderer en ordentlig øjenbeskyttelse, når der arbejdes med CO 2 og langtrækkende infrarød lasersystemer.
  2. Justering og kalibrering.
    1. Kalibrere hver CO 2 lAser anvendelse af et gitter-baseret spektralanalysator designet til CO 2 laser ifølge fabrikantens protokol.
    2. Juster de endelige spejle og koblingen spejl i langtrækkende infrarød laser hulrum under anvendelse af en He-Ne laser, således at deres stråling fokuseres på MIM diode detektoren.
    3. Direkte strålingen fra CO 2 pumpelaseren i langtrækkende infrarød laser hulrum gennem et vindue natriumchlorid i en vinkel på ca. 72 o i forhold til hulrummet akse.
    4. Direkte strålingen fra de to CO2 reference- lasere til enten deres respektive lavtryks-fluorescens henvisning celle eller colineært onto MIM dioden detektor hjælp stråledelere og yderligere spejle.
  3. Påvisning af langtrækkende infrarød laserstråling.
    1. Polere Nikkel basen hver adskillige dage ved hjælp af en standard metal polish.
    2. Crimp en 25 um wolfram tråd ind i en kobber post og bøje ledningen ind i configuration vist i figur 3.
    3. Justere længden af ​​tråden, således at den er mellem 10 til 20 bølgelængder af strålingen, der måles.
    4. Elektrokemisk etch spidsen af ​​tråden i en mættet natriumhydroxid (NaOH) ved at anvende en spænding (ca. 3,5 til 5 VAC) til opløsningen.
    5. Re-etch spidsen med en lav spænding (mindre end 1 VAC). Dette roughens spidsen af ​​tråden og forbedrer dioden ydeevne.
    6. Skyl tråden med destilleret vand.
    7. Sæt kobber indlæg ind i MIM diode s boliger, når tråden er tørt.
    8. Placer tråden i kontakt med nikkelbaseret hjælp af en fin skrue og niveau system. Kontakter, hvilket giver en modstand over dioden mellem 100 og 500 Ω, typisk når detektering og måling af langtrækkende infrarød laserstråling.
  4. Dannelse af langtrækkende infrarød laserstråling.
    1. Indstil CO 2 pumpelaseren på en bestemt laser emé, f.eks., 9 P 36.
    2. Drej mikrometer skiven på CO 2 pumpelaseren frem og tilbage for at opnå maksimal intensitet på bjælken stop.
    3. Juster hældningen af CO 2 pumpens laserens gitteret for at opnå maksimal intensitet på bjælken stop.
    4. Gentag trin 2.4.2 og 2.4.3, indtil udgangseffekten for CO 2 pumpelaseren vises optimeret på bjælken stop.
    5. Fjern strålingsblænden fra stien af CO 2 pumpelaseren.
    6. Tænd og tilpasse den optiske chopper til strålebanen af CO2 pumpe laser.
    7. Åbn ventilen på CH2F 2 cylinder at indføre langtrækkende infrarød laser medium ind i langtrækkende infrarød laser hulrum.
    8. Juster doseringsventilen på indløbet linjen, indtil et tryk på ca. 10 Pa opnås.
      Bemærk: Kun den omtrentlige pres er nødvendig, da det bliver brugt som en måde systematisk at scanne langtrækkende infrarød laser cavity.
    9. Indstil position udgangskobleren således at dens yderste spids er ca. 1 cm fra midten af ​​laserkaviteten som angivet ved en kalibreret skala på ydersiden af ​​laserkaviteten.
      Bemærk: Kun den omtrentlige placering er nødvendig, da det anvendes som et middel til systematisk scanning af langtrækkende infrarød laser hulrum.
    10. Justere placeringen af ​​den bevægelige langtrækkende infrarød laser spejl i intervaller på ca. 0,25 mm ved at dreje den kalibrerede mikrometer dial frem og tilbage. Samtidig tune frekvensen af CO 2 pumpelaseren gennem dens forstærkning kurve ved at ændre spændingen påtrykkes over CO 2 pumpens laserens piezoelektrisk transducer (PZT).
    11. Hvis der ikke observeres noget signal på oscilloskopet display, gentag trin 2.4.10 med udgangskobleren flyttet til sin næste position, hvor spidsen er ca. 1,5 cm fra midten af ​​laserkaviteten som angivet ved en kalibreret skala på ydersiden af ​​laseren hulrum.
    12. Hvis der ikke observeres noget signal på oscilloskopet display, gentag trin 2.4.10 med udgangskobleren flyttet til sin næste position, hvor spidsen er ca. 2 cm fra midten af ​​laserkaviteten som angivet ved en kalibreret skala på ydersiden af ​​laseren hulrum.
    13. Hvis der ikke observeres signal på oscilloskop skærm Gentag trin 2.4.9 gennem 2.4.12 med en langtrækkende infrarød laser tryk på ca. 19 Pa som justeres med doseringsventilen på fjorden linje.
    14. Hvis der ikke observeres signal på oscilloskop skærm Gentag trin 2.4.9 gennem 2.4.12 med en langtrækkende infrarød laser tryk på ca. 27 Pa som justeres med doseringsventilen på fjorden linje.
    15. Hvis der ikke observeres noget signal på oscilloskopet display, indsætte strålingsblænden ind i banen for den CO 2 pumpelaseren og lukke ventilen på CH2F 2 cylinder indtil langtrækkende infrarød laser trykket er ca. 0 Pa.
    16. Indstil CO2 pumpelaser til næste laser emission, f.eks 9 P 34, og optimere udgangseffekt ved hjælp af trin 2.4.2 ved 2.4.4.
    17. Gentag trin 2.4.5 gennem 2.4.16 indtil alle emissioner fra CO 2 pumpelaseren anvendes. Når du søger efter langtrækkende infrarød laser linjer, placere fokus på CO 2 pumpe laser emission, hvis frekvenser overlapper nogen absorption regioner identificeret i trin 1.2.
  5. Karakterisering langtrækkende infrarød laser emissioner.
    1. Samtidig justere trykket af langtrækkende infrarød laser medium, spændingen på den CO 2 pumpens laserens PZT, og positionen af udgangskobleren indtil langtrækkende infrarød laser Afgasningernes udgangseffekt maksimeres (bestemt ved en maksimal spidsværdi-til- peak signal fra MIM diodedetektoren som observeret på oscilloskopet skærm, der svarer til figur 4).
    2. Drej mikrometer med uret, indtil den langtrækkende infrarød laser emission er observeret påoscilloskop display. Optag position mikrometer drejeknappen.
    3. Drej mikrometer med uret i yderligere 20 tilstande, der svarer til den samme langtrækkende infrarød laser emission. Optag position mikrometer drejeknappen.
    4. Træk position mikrometer dial i trin 2.5.2 og 2.5.3. Divider denne forskel ved 10 til opnåelse af bølgelængden af ​​den langtrækkende infrarød laser emission.
    5. Gentag trin 2.5.2 gennem 2.5.4 i alt fem gange, og gennemsnittet bølgelængden af ​​langtrækkende infrarød laser emission. Gennemsnitlige laser bølgelængder målt ved kørsel mindst 20 tilstødende langsgående tilstande har en en-sigma usikkerhed på ± 0,5 um.
    6. Måle polarisering af langtrækkende infrarød laserstråling, i forhold til CO 2 pumpestrålingen, ved hjælp af enten en guldtråd-grid polarisator (394 linier / cm) eller en Brewster polarisator.

3. Fastlæggelse langtrækkende infrarød Laser Frekvenser

  1. Identificereing CO 2 henvises laser-udledning.
    1. Beregn frekvensen af ​​langtrækkende infrarød laser emission baseret på dens målte bølgelængde.
    2. Identificer sæt af CO 2 reference- laserlinjer hvis frekvens forskel er inden for flere GHz af den beregnede frekvens for den langtrækkende infrarød laser emission 40. En typisk liste anvendes til sådanne målinger er vist i tabel 1.
  2. Søgning efter heterodyne slå signalet.
    1. Identificer det første sæt af CO 2 reference- laserlinjer og indstille hver CO2 henvisning laseren på deres respektive laser emission.
    2. Optimer udgangseffekten for hver CO2 henvisning laser ved hjælp af trin 2.4.2 gennem 2.4.4 og skærmens energimåler.
      1. Juster en iris, enten internt eller eksternt til hver henvisning laser, således at strømmen fra hver CO2 henvisning laser er ca. 100 mW, målt ved monitoren effektmåler vist iFigur 2.
    3. Blokere strålingen fra CO 2 pumpelaseren ved hjælp af en stråle stop mens deblokere strålingen fra CO 2 referencenumre lasere.
    4. Tænd og tilpasse den optiske chopper ind i co-lineære strålegang af CO 2 reference- lasere.
    5. Optimer for maksimal top-til-spids spænding hver CO 2 henvises laseremissionsniveau på MIM diodedetektoren ved hjælp af flere spejle, stråledelere, og en 2,54 cm brændvidde ZnSe plano-konveks linse under iagttagelse udgangen på oscilloskopet, svarende til figur 5 .
    6. Blokere strålingen fra CO 2 referencenumre lasere ved hjælp af en stråle stop mens deblokere stråling fra CO 2 pumpelaseren.
    7. Re-optimere CO 2 pumpelaseren og langtrækkende infrarød laser, om nødvendigt, således at langtrækkende infrarød laser emission har en maksimal top-til-top spænding som observeret på oscilloskopet.
    8. Afbryd than Mim diode detektor output fra oscilloskopet, og slut den til en forstærker, hvis output er observeret på et spektrum analysator.
    9. Fjerne blokeringen af strålingen fra CO 2 reference- lasere.
    10. Fjern det optiske choppers modulere CO 2 pumpe og reference- lasere.
    11. Sæt spektrum analysator på en 40 MHz spændvidde og søg efter beat signal i 1,5 GHz-intervaller ved manuelt at scanne dette frekvensområde ved hjælp af spektrum analysator justeringsknappen.
    12. Hvis der ikke observeres slå signal, afbryde MIM diode output fra forstærkeren og tilslutte den til oscilloskopet.
    13. Bloker strålingen fra CO 2 reference- lasere og sæt den optiske chopper ind i banen for CO 2 pumpe laser.
    14. Gentag trin 3.2.2 gennem 3.2.13 efter behov, indtil spektrum analysator er blevet anvendt for at søge efter rytmen signalet mellem 0 og 12 GHz.
    15. Hvis der ikke observeres slå signal, repEpå trin 3.2.2 gennem 3.2.14 med et andet sæt af CO 2 reference- laserlinjer indtil enten beat signal overholdes, eller alle mulige sæt af CO 2 reference- laserlinjer er opbrugt.
  3. Stabilisere CO 2 referencefrekvenser.
    1. Anvende en spænding på mellem 0 og 900 V til det første CO 2 henvises laserens PZT så signalet fra dets respektive fluorescens referencecelle er i centrum af lam dip, illustreret i figur 6 og som vises på et oscilloskop, som i figur 7.
    2. Aktiver feedback spænding til den første CO2 henvisning laserens PZT ved hjælp af en specialbygget lock-in / servoforstærker så den forbliver låst til midten af lam dip.
    3. Gentag trin 3.3.1 og 3.3.2 for den anden CO2 henvisning laser.
    4. Visuelt overvåge produktionen af pre-amp på et oscilloskop, som i figur 7, til ensikker reference- lasere forbliver låst.
  4. Måling af rytmen frekvens.
    1. Centrer rytmen signal på spektrum analysator skærm og justere dens amplitude for at maksimere sin størrelse på displayet.
    2. Indstil spektrum analysator at se to samtidige spor af rytmen signal, som i figur 8, ved at vælge Clear Write funktion for både Trace 1 og Trace 2. Et spor vil vise den øjeblikkelige signal, mens den anden registrerer den maksimale signal (ved hjælp af en Max Hold funktion på spektrum analysator til anden spor).
    3. Drej mikrometer skiven på langtrækkende infrarød laser hulrum frem og tilbage over gevinsten kurven for en given hulrum mode.
    4. Brug Vis funktionen på spektrum analysator til at fryse den anden (Max Hold) spor, når en symmetrisk mønster er opnået.
    5. Lidt rotere mikrometer med uret for at reducere længden af ​​den langtrækkende infrarød laser hulrum. Samtidig observere subsequent lille forskydning i stødfrekvensen på spektrumanalysator grund af denne lille stigning i frekvensen af ​​den langtrækkende infrarød laser.
    6. Placer markører på den fulde bredde ved halv maksimum point i symmetrisk mønster (Max Hold trace) ved hjælp af markør funktion med Delta-funktionen på spektrum analysator.
    7. Mål centerfrekvensen af ​​beat-signalet ved hjælp af Span Pair-funktionen på spektrum analysator.
    8. Gentag trin 3.4.1 gennem 3.4.7.
    9. Frigøre låsen i / servo forstærker for hver CO2 henvisning laser til at låse op hver laser fra dens centrum frekvens og re-optimere hver enkelt CO2 henvisning laser.
    10. Re-lås reference- lasere ved hjælp af trin 3.3.1 gennem 3.3.4.
    11. Gentag trin 3.4.1 gennem 3.4.10 for i alt 6 målinger. Når du er færdig, låse hver CO2 henvisning laser fra dens centrum frekvens.
    12. Beregn den reviderede frekvensen af ​​den langtrækkende infrarød laser emission bruge disse slag frekvenser for at opnå en nøjagtig forudsigelse for det andet sæt CO 2 reference- laserlinjer.
    13. Identificer et andet sæt af CO 2 reference- laserlinjer hvis frekvens forskel er inden for flere GHz af den beregnede frekvens for langtrækkende infrarød laser emission.
    14. Optimer det næste sæt af CO 2 henvises laser linjer på MIM diode detektor og få rytmen signal ved hjælp trin 3.2.2 gennem 3.2.15 som nødvendigt.
    15. Lås nyt sæt CO 2 henvises laserlinjer hjælp trin 3.3.1 gennem 3.3.4.
    16. Gentag trin 3.4.1 gennem 3.4.10 for i alt 6 målinger. Når du er færdig, låse hver CO2 henvisning laser fra dens centrum frekvens.
    17. Indsæt stråle stopper ind stierne i CO 2 pumpe og reference- lasere.
  5. Beregning af langtrækkende infrarød laser frekvens.
    1. Beregn den ukendte langtrækkende infrarød laser frekvens, ν FIR, ved hjælp af den målesved frekvensen gennem relationen
      FIR = | MOD CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν slå | Eq. 1
      hvor | MOD CO2 (I) -ν CO2 (II) | er størrelsen af forskellen frekvensopbygget af de to CO 2 referencenumre lasere og | MOD rytmen | er størrelsen af ​​stødfrekvensen. Den ± tegn Eq. 1 bestemmes eksperimentelt fra trin 3.4.5.
    2. Opnå en gennemsnitlig frekvens og beregneusikkerhed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Som nævnt, hyppigheden rapporteret for en langtrækkende infrarød laser emission er et gennemsnit på mindst tolv målinger udført med mindst to forskellige sæt af CO 2 referencenumre laserlinjer. Tabel 2 skitserer de registrerede data for 235,5 um laser emission ved brug af 9 P 04 CO 2 pumpelaser. Til dette langtrækkende infrarød laser emission, blev registreret fjorten individuelle målinger af rytmen frekvens. Det første sæt målinger blev registreret, mens du bruger 9 R 10 og 9 P 38 CO 2 henvises laser-udledning. For trin 3.4.5, som langtrækkende infrarød laser frekvens blev øget en smule, rytmen frekvens blev også observeret at stige. Dette indikerer langtrækkende infrarød laser frekvens var større end størrelsen af forskellen mellem frekvensen 9 R 10 og 9 P 38 CO 2 referencenumre lasere, | MOD CO2 (I) -ν CO2 (II) |. Derfor tegnet of beat frekvensen i ligning 1 var positiv for dette sæt af CO 2 reference- lasere. Omvendt det andet sæt af målinger brugt 9 R 16 og 9 P 34 CO 2 reference- laser emissioner. Når trin 3.4.5 blev udført, blev et fald i beat frekvens observeret, mens langtrækkende infrarød laser frekvens blev øget en smule. Dette indikerer langtrækkende infrarød laser frekvens var mindre end størrelsen af differensfrekvensen mellem 9 R 16 og 9 P 34 CO 2 referencenumre lasere. Derfor, for dette sæt af CO 2 referencepunkter lasere tegn beat frekvensen i ligning 1 var negativ. Som illustreret i tabel 2, det beregnede langtrækkende infrarød laser frekvens, ν FIR, for begge situationer forblev den samme inden for en ± 0,12 MHz én-sigma standardafvigelse.

De gennemsnitlige langtrækkende infrarød laserfrekvenser bestemt med denne eksperimentelle teknik er anført i CO2 pumpe linje. De gennemsnitlige laser frekvenser indberettes med deres tilsvarende bølgelængde og bølgetallet, beregnes ved hjælp af 1 cm -1 = 29 979,2458 MHz. Alle langtrækkende infrarød laser frekvenser blev målt under optimale driftsbetingelser. I hele denne undersøgelse, flere tidligere rapporterede frekvenser blev målt og viste sig at være i overensstemmelse med de offentliggjorte værdier. Den ene-sigma fraktioneret usikkerhed, Δν, af langtrækkende infrarød laser frekvenser målt med denne teknik er ± 5 × 10-7. Denne usikkerhed er afledt af reproducerbarheden af kendte frekvenser med dette system, symmetri og bredde udvidet forstærkningskurven af langtrækkende infrarød laser, og præcisionen af målingerne 4,25,31.

De langtrækkende infrarød laser emissioner opdaget under denne undersøgelse blev der observeret at have en styrke af 'W &# 8217; svarende til et område i strøm fra 0,001 til 0,01 mW. Til sammenligning blev 118,8 um linje methanol observeret med dette system at være VVS med en effekt lidt over 10 mW ved anvendelse af 9 P 36 CO 2 pumpe med en effekt på 18 W. Derudover Tabel 3 indeholder polariseringen af hver ny langtrækkende infrarød laser emission målt i forhold til deres respektive CO 2 pumpelaser. I de fleste tilfælde blev kun en polarisation observeret at dominere, enten en polarisering parallel med eller vinkelret på CO 2 pumpelaseren. Til situationer, hvor der ikke dominerende polarisation blev observeret har begge polariseringer blevet opført.

Alt i alt blev otte langtrækkende infrarød laser emissioner fra difluormethan ved hjælp af en optisk pumpet molekylært lasersystem har en tværgående pumpning geometri. Dette omfatter opdagelsen af ​​tre langtrækkende infrarød laser emission har bølgelængder på 235,5, 335,9, og 416,8 um. Når opdaget,tre-laser heterodyn teknik blev anvendt til at måle frekvensen for hver observeret langtrækkende infrarød laser emission. Frekvenserne for disse laser emissioner varierede fra 0,359 til 1,273 THz og rapporteres med brøkdele usikkerhed på ± 5 dele i 10 7.

Figur 1
Figur 1. Skematisk diagram af optisk pumpet molekylære laser system bestående af en kuldioxid pumpelaser og en langtrækkende infrarød laser hulrum. Den langtrækkende infrarød laser medium exciteres ved hjælp af en tværgående pumpning geometri. Genoptrykt med mindre ændringer fra ref. 15 med venlig tilladelse fra Springer Science og Business Media. Klik her for at se en større version af dette tal.


Figur 2. Skematisk diagram af tre-laser heterodyn frekvens målesystem. Det heterodyne indbefatter den optisk pumpede molekylær laser udnytte en tværgående pumpning geometri og to yderligere kuldioxid referencenumre lasere. Der er ikke vist de elektroniske systemer, der anvendes til at overvåge og stabilisere stråling frembragt af hver laser. © [2015] IEEE. Genoptrykt, med mindre ændringer og tilladelse, fra ref. 27. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. Wolfram wire anvendes i MIM punkt kontakt diode detektor som set gennem et forstørrelsesglas. DenLængden af ​​tråden er ca. 2 mm. For bedste fjedervirkning, bør vinklerne i bøjningen være nær 90 o og alle ligger i samme plan.

Figur 4
Figur 4. Bølgeformen genereres af 274,8 um laser emission af optisk pumpet CH2F 2 under anvendelse af 9 P 04 CO 2 pumpelaser set på oscilloskopet displayet. CO 2 pumpestråling moduleres af en optisk chopper opererer ved ca. 45 hz. Modstanden i MIM diodedetektoren er ca. 100 og signalet er cirka 6 μV (peak-to-peak). Oscilloskop skærmen er indstillet på 10 μV / division.

Figur 5
Figur 5. Den venstre ogmidterste billeder viser outputtet fra hver CO 2 henvises laser, 9 R 16 og 9 P 34, henholdsvis. De respektive modulerede signal på oscilloskopet er ca. 4 mV (spids-til-spids) for omkring 100 mW effekt, målt ved skærmens energimåler. Den højre billede viser det kombinerede signal fra begge referencenumre lasere til at være ca. 7 mV (spids-til-spids) med angivelse af to referencesignaler er korrekt blanding på MIM diode detektoren. Modstanden i MIM diode detektor er ca. 100 Ω. Den oscilloskop skærm i hvert foto er indstillet på 1 mV / division. CO 2 strålingen moduleres af en optisk chopper opererer ved ca. 70 Hz.

Figur 6
Figur 6. Den mættede fluorescenssignal i lavt tryk (6 Pa) CO 2 under anvendelse af 9 R24 CO 2laseremission. Denne graf opnået ved at modulere CO 2 henvisningen laseremission via en ekstern chopper ved 52 Hz, mens spændingen på CO 2 henvisningen laserens PZT rampes fra 0 til ca. 570 V i omkring 13 min. Låsen forstærker er sat til en 300 ms tidskonstant og en 200 mV følsomhed. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7
Figur 7. Den mættede fluorescenssignal i lavt tryk (6 Pa) CO 2 under anvendelse af 9 R24 CO 2 laser emission som vises på et oscilloskop. Den venstre billede viser oscilloskop display, når PZT spændingen er væk fra midten af Lamb dip, ca. 80 V i ther foto. Den midterste og højre fotos angiver oscilloskop display, når PZT spænding er enten umiddelbart til venstre eller til højre for midten af Lammets dip, cirka 278 og 295 V i henholdsvis disse fotos. Klik her for at se en større version af dette tal .

Figur 8
Figur 8. slå signal mellem 235,5 um laser emission af optisk pumpet CH2F 2 ved hjælp af 9 P 04 CO2 pumpe laser og den 9 R 16 og 9 P 34 CO 2 referencepunkter lasere. En spændvidde på ca. 25 MHz er typisk anvendes. De fleste af beat-signaler observeret inden for ± 5 GHz. Der er dog visse frekvensområder inden for disse søgeparametre, der har en lav signal-til-støj. Derfor bruger en lidt større søgeområdet har undertiden været nyttige.

Figur 9
Figur 9. del af en typisk laser resonator interferogram (eller et hulrum scanning) består af et sæt diskrete toppe, der svarer til resonatoren er tilstande, adskilt af områder uden strålende forekommer. Denne scanning viser 511,445 um laser emission frembragt af optisk pumpet CH 2 F 2 under anvendelse af 9 R28 CO 2 pumpe. Et fald i mikrometer position svarer til et fald i længden (spejl-til-spejl separation) af langtrækkende infrarød laser hulrum. MIM diode påvist en 20 μV top-til-top maksimum signal genereret af denne langtrækkende infrarød laser emission. Udgangen fra detektoren blev optaget med en lock-in forstærker, beliggende på en 300 ms tidskonstant og 20 μV sensitivity, forbundet med en computer. Klik her for at se en større version af dette tal.

Tabel 1
Tabel 1: Sæt af CO 2 referencepunkter lasere, hvis forskel frekvens er nær den beregnede frekvens for 235,5 um laser emission fra optisk pumpet CH2F 2, når ophidset ved hjælp af 9 P 04 CO2-laser emission.

Tabel 2
Tabel 2: Målt interferensfrekvenserne for 235,5 um laser emission fra optisk pumpet CH2F 2, når den exciteres ved hjælp af 9 P 04 CO 2 laser emission. To sæt CO 2 referencepunkter lasere er brugd at generere den kendte forskel frekvens (| MOD CO2 (I) -ν CO2 (II) |).

Tabel 3
Tabel 3: Nye langtrækkende infrarød laser frekvenser fra optisk pumpet CH2F 2.

Tabel 4
Supplerende Tabel A: Tekniske oplysninger om den eksperimentelle system herunder nogle relevante kommercielle komponenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Der er flere kritiske trin i den protokol, der kræver nogle ekstra diskussion. Ved måling af langtrækkende infrarød laser bølgelængde, som beskrevet i trin 2.5.3, er det vigtigt at sikre den samme tilstand af langtrækkende infrarød laser emission bliver brugt. Flere former for et langtrækkende infrarød laser bølgelængde (dvs. TEM 00, TEM 01, etc.) kan genereres inden laserkaviteten og det er således vigtigt at identificere de relevante tilgrænsende hulrum modes bliver brugt til at måle bølgelængden 13,29, 41. For at hjælpe med at fjerne højere ordens modes, er iris inden for hver enkelt laser hulrum. Når nøjagtig måling et langtrækkende infrarød laser frekvens, er det bydende nødvendigt lasere, især CO 2 reference- lasere, operere i deres grundlæggende (TEM 00) mode. Iris bruges også til at sikre det mønster spores af den langtrækkende infrarød laser på spektrum analysator er symmetrisk. For situationer, hvor flere langt-Infrarød laserbølgelængder genereres af en bestemt CO 2 pumpeledningen, som i tilfældet med 9 P 04, et sæt af absorberende filtre, kalibreret med bølgelængde, der anvendes til at hjælpe med at skelne langtrækkende infrarød laser bølgelængder. De kan også bruges til at dæmpe eventuelle spredte CO 2 laserstråling forlader langtrækkende infrarød laser hulrum.

Afsnit 2.4 beskriver genereringen af ​​langtrækkende infrarød laserstråling. Over mange undersøgelser har vi fundet, at flere forskellige bølgelængder kunne genereres af den samme CO 2 pumpelaser sæt på lidt forskellige offset frekvenser. For eksempel 9 P 04 CO 2 pumpelaseren er i stand til at generere de 289.5 og 724,9 um bølgelængder af CH2F 2 ved en pumpe frekvens, mens de resterende bølgelængder måles under denne undersøgelse blev dannet ved anvendelse af en lidt anden frekvens fra 9 P 04 CO 2 pumpelaser. Dette er accomplished ved at ændre spændingen på PZT, der indstiller frekvensen af CO 2 pumpelaseren gennem den bredere forstærkningskurve (ca. ± 45 MHz fra dens centrum frekvens i dette eksperiment). Selv om det ikke specifikt i afsnit 2.4, mener vi, det er et bemærkelsesværdigt træk i at søge efter langtrækkende infrarød laserstråling.

For situationer, hvor flere langtrækkende infrarød laser emissioner genereres med den samme CO2 pumpe laser linje på samme offset frekvens, kan en laser resonator interferogram (eller hulrum scanning) udføres for at hjælpe med at identificere de forskellige langtrækkende infrarød laser emissioner, der genereres . Figur 9 illustrerer en del af en typisk laser resonator interferogram, med udgangseffekten afbildet som en funktion af faldende langtrækkende infrarød laser kavitetslængde 42 - 45.

Som skitseret i afsnit 3.4, to forskellige sæt af CO 2referencenumre lasere anvendes til at måle langtrækkende infrarød laser frekvens. Dette hjælper med at fjerne usikkerheden om, hvorvidt rytmen frekvensen er over eller under forskellen frekvens genereres mellem CO 2 reference- lasere. Sammen med at give en måde til selvstændigt kontrollere langtrækkende infrarød laser frekvens, har det været særligt nyttigt, når du arbejder med svage beat-signaler, hvor observere den lille forskydning i rytmen frekvens som de langtrækkende infrarød laser stigende frekvens kan være udfordrende.

MIM diode detektor er et væsentligt element til denne eksperimentelle system på grund af dens høje hastighed, følsomhed, og bred spektral dækning 23,24. Der er dog nogle begrænsninger for MIM diode detektor, som omfatter mekanisk ustabilitet, følsomhed over for elektromagnetiske forstyrrelser, dårlig reproducerbarhed, og en grænse for den maksimale effekt er i stand til at detektere og samtidig opretholde sin følsomhed. Mens måling langtrækkende infrarød laser frequencies blev følsomheden af MIM diode detektor fundet at falde hurtigt over tid, hvis strømmen fra hver CO2 henvisning laser oversteg 150 mW.

Ud over MIM diode detektor, den væsentligste begrænsning for den foreliggende teknik er stabiliteten af langtrækkende infrarød laser 4,31,46. En begrænsning i den eksperimentelle systemets aktuelle konfiguration er den manglende evne til at måle forskydningen hyppigheden af CO 2 pumpelaseren. Som nævnt, er offset frekvensen defineret som forskellen mellem frekvensen, der anvendes af CO 2 pumpelaseren at generere langt-infrarød laser emission og CO 2 pumpelaseren centrum frekvens. Således udgør forskellen mellem absorptionen frekvensen af langtrækkende infrarød laser medium, og centerfrekvensen af CO 2 pumpelaseren. Typisk er offset frekvens let måles ved hjælp af en CO 2 laserstråling, der utilsigtet spredt ud of langtrækkende infrarød laser hulrum. I vores nuværende konfiguration imidlertid meget lidt CO 2 laserstråling er tilgængelig for en sådan måling. Andre metoder til måling af offset frekvens kunne indarbejdes i fremtidige gentagelser af projektet. Dette omfatter anvendelse af yderligere stråledelere og spejle til at koble en del af pumpen stråling til MIM diode detektoren. Målingen af en offset frekvens er gavnligt, når der tildeles spektroskopiske overgange til den langtrækkende infrarød laser emission 25,34.

Langtrækkende infrarød laserfrekvenser er også blevet målt ved heterodyning to optisk pumpede langtrækkende infrarød lasere og en mikrobølgeovn kilde på en MIM diodedetektor hvorved frekvensen af et af de to langtrækkende infrarød lasere er kendt og anvendes som referencefrekvensen 47. Anvendelsen af ​​langtrækkende infrarød frekvenser med større nøjagtighed er muligt at anvende andre teknikker, såsom med THz frekvens-kam syntese svarende til de discussed i ref. 48-54. Måling laser frekvenser udvider den rolle, optisk pumpede molekylære lasere i THz ansøgninger fra THz billeddannelse 55, sin rolle som en kilde til THz-stråling til høj opløsning spektroskopi 13,20, og bistå med analysen af den komplekse spektre forbundet med dets strålende medium 19,34,37.

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

Engineering optisk pumpet molekylær laser tre-laser heterodyn teknik langtrækkende infrarød laser frekvens difluormethan
Karakterisering Far-infrarøde Laser Emissioner og måling af deres frekvenser
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