Waiting
Login processing...

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

Engineering

Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

Published: December 18, 2015 doi: 10.3791/53399

Abstract

De generatie en de daaropvolgende meting van ver-infrarode straling heeft tal van toepassingen in hoge-resolutie spectroscopie, radioastronomie, en Terahertz imaging gevonden. Voor ongeveer 45 jaar, heeft het genereren van coherent, ver-infrarode straling bewerkstelligd met de optisch gepompte moleculaire laser. Zodra ver-infrarode laserstraling wordt gedetecteerd, worden de frequenties van deze laser, gemeten met een drie-laser heterodyne techniek. Met deze techniek, de onbekende frequentie van de optisch gepompte laser molecuulgewicht wordt gemengd met de verschilfrequentie tussen twee gestabiliseerde, infrarood referentiefrekwenties. Deze referentiefrequenties worden gegenereerd door onafhankelijke kooldioxidelasers elk gestabiliseerd met het fluorescentiesignaal uit een externe lagedruk referentiecel. De resulterende ritme tussen de bekende en onbekende laserfrequenties wordt bewaakt door een metaal-isolator-metaal punt contact diode detector waarvan de uitgang is waargenomen op plukjeTrum analyzer. De slagfrequentie tussen deze laseremissies wordt vervolgens gemeten en gecombineerd met de bekende referentiefrekwenties de onbekende verre-infrarode laser frequentie extrapoleren. De resulterende één sigma fractionele onzekerheid voor laserfrequenties gemeten met deze techniek is ± 5 delen 10 7. Nauwkeurig bepalen van de frequentie van verre-infrarode laser emissie is kritiek omdat ze vaak worden gebruikt als referentie voor andere metingen, zoals in high -Resolutie spectroscopische onderzoeken van vrije radicalen met behulp van laser magnetische resonantie. Als onderdeel van dit onderzoek, difluormethaan, CH2F 2, werd gebruikt als het verre-infrarode laser medium. In totaal werden acht ver-infrarood laser frequenties gemeten voor de eerste keer met frequenties variërend 0,359-1,273 THz. Drie van deze laseremissies werden ontdekt bij het ​​onderzoek en worden gemeld bij hun optimale werkdruk, polarisatie ten opzichte van de CO 2

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De meting van ver-infrarood laser frequenties werd voor het eerst uitgevoerd door Hocker en collega's in 1967. Zij gemeten de frequenties voor de 311 en 337 micrometer emissies van de directe lozing waterstofcyanide laser door ze te mengen met een hoge orde harmonischen van een magnetron signaal in een silicium diode 1. Om hogere frequenties te meten, werd een reeks van lasers en harmonische menginrichtingen gebruikt om de laser 2 harmonischen genereren. Uiteindelijk twee gestabiliseerde kooldioxide (CO 2) lasers gekozen synthetiseren noodzakelijke verschilfrequenties 3,4. Tegenwoordig kunnen ver-infrarode laser frequenties tot 4 THz gemeten worden met deze techniek met alleen de eerste harmonische van de verschilfrequentie opgewekt door twee gestabiliseerde CO2 lasers referentie. Hogere emissies frequentie laser kan ook worden gemeten met de tweede harmonische, zoals 9 THz laseremissies van methanol isotopologen CHD 2 OH en CH3 18 OH. 5,6 Door de jaren heen, de nauwkeurige meting van de laser frequenties heeft een aantal wetenschappelijke experimenten 7,8 beïnvloed en mogen de invoering van een nieuwe definitie van de meter door de Algemene Conferentie voor maten en gewichten in Parijs 1983. 9 - 11

Heterodyne technieken, zoals beschreven, hebben enorm gunstig bij het meten van verre-infrarode laser frequenties gegenereerd door optisch gepompte lasers moleculaire geweest. Sinds de ontdekking van de moleculaire optisch gepompte laser door Chang en bruggen 12, duizenden optisch gepompte verre-infrarode laser emissie werden gemaakt met verschillende lasermedia. Bijvoorbeeld, difluormethaan (CH 2 F 2) en de isotopologen genereren dan 250 laseremissies als optisch gepompt door een CO2 laser. De golflengten variëren van ongeveer 95,6 urn om 1.714,1 13. - 15 Bijna 75% van deze laser-uitstoot hebben hun frequenties gemeten terwijl een aantal zijn spectroscopisch toegewezen 16-18.

Deze lasers, en hun nauwkeurig gemeten frequenties, hebben een cruciale rol gespeeld in de vooruitgang van de hoge-resolutie spectroscopie. Ze bieden belangrijke informatie voor infrarode spectrale studies van de laser gassen. Vaak laserfrequenties gebruikt om de analyse van de nabije en verre infrarood spectra geverifieerd omdat zij verbindingen tussen de aangeslagen vibratiestaat niveaus die vaak rechtstreeks toegankelijk vanuit absorptiespectra 19. Ze dienen ook als de bron primaire straling voor studies die van voorbijgaande aard, van korte duur vrije radicalen met de laser magnetische resonantie techniek 20. Met deze uiterst gevoelige techniek, rotatie en ro-vibratie Zeeman spectra in paramagnetische atomen, moleculen en moleculaire ionen kunnen worden recorded en samen met de mogelijkheid om de reactiesnelheden gebruikt om deze vrije radicalen te creëren onderzoeken geanalyseerd.

In dit werk, een optisch gepompte laser moleculaire zie figuur 1, is gebruikt om verre-infrarode laser straling uit difluormethaan genereren. Dit systeem bestaat uit een continue golf (cw) CO 2 pomplaser en een ver-infrarood laser holte. Een spiegel intern in de verre-infrarode laser holte leidt de CO 2 laserstraling door het gepolijste koperen buis 20 6 reflecties ondergaat alvorens eindigt aan het einde van de holte, verstrooiing resterende pompstraling. Daarom is het ver-infrarood lasermedium wordt aangeslagen met een dwarse pompen geometrie. Om laserwerking te genereren, worden meerdere variabelen aangepast, wat tegelijk, en al vervolgens geoptimaliseerd eenmaal laserstraling waargenomen.

In dit experiment wordt ver-infrarode laserstraling gevolgd door een metaal-insulator-metaal (MIM) punt contact diode detector. De MIM diode detector werd gebruikt voor laser frequentiemetingen sinds 1969. 21 - 23 In laser frequentiemetingen, het MIM diode detector een harmonisch menger tussen twee of meer stralingsbronnen invallend op de diode. De MIM diode detector bestaat uit een scherp Tungsten draad contact een optisch gepolijst Nikkel basis 24. De nikkel basis heeft een natuurlijk voorkomend dunne oxidelaag die de isolerende laag.

Zodra een laser emissie werd waargenomen, zijn golflengte, polarisatie, sterkte en geoptimaliseerde werkdruk werden opgenomen terwijl de frequentie werd gemeten met de drie heterodyne laser techniek 25 - 27 volgens de werkwijze die oorspronkelijk beschreven in Ref. 4. Figuur 2 toont de optisch gepompte moleculaire laser met twee extra cw CO 2 verwijzing lasers met onafhankelijke frequentie stabilization systemen die het Lam duik in de 4.3 micrometer fluorescentie-signaal te gebruiken van een externe, lage druk celverwijzing 28. Dit manuscript beschrijft de werkwijze voor het zoeken naar verre-infrarode laser emissie alsook de methode voor het schatten van de golflengte en het nauwkeurig bepalen van de frequentie. Bijzonderheden over de drie heterodyne laser-techniek en de verschillende componenten en de bedrijfsparameters van het systeem is te vinden in tabel A brief tezamen met referenties 4, 25-27, 29 en 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Planning van Experimenten

  1. Een enquête van de literatuur eerdere werk te beoordelen uitgevoerd met behulp van de laser medium van belang, die voor dit experiment is CH 2 F 2. Identificeer alle bekende laseremissies samen met informatie over de lijnen zoals de golflengte en frequentie. Verschillende onderzoeken van bekende laseremissies beschikbaar 13,31 - 37.
  2. Compileren alle spectroscopische onderzoek van het molecuul gebruikt als de laser medium met een focus op eerdere Fourier-transformatie 34 en opto-akoestische studies 38,39.

2. Het genereren van ver-infrarood laser Emissies

  1. Veiligheid Overzicht.
    1. Het ontwikkelen van een standaard procedure voor het laboratorium dat de juiste oogbescherming omvat bij het ​​werken met de CO 2 en ver-infrarood lasersystemen.
  2. Uitlijning en kalibratie.
    1. Kalibreren elke CO 2 laser behulp van een raster-gebaseerde spectrum analyzer ontworpen voor de CO2 laser volgens het protocol van de fabrikant.
    2. Lijn de eindspiegels en koppelspiegel in het verre-infrarode laser holte met behulp van een He-Ne laser, zodat hun straling wordt gefocusseerd op het MIM diode detector.
    3. Richt de straling uit de CO 2 pomplaser in de verre-infrarode laser holte door een natriumchloride venster onder een hoek van ongeveer 72 o ten opzichte van de holle as.
    4. Richt de straling van de twee CO 2 verwijzing lasers om ofwel hun respectieve lagedruk fluorescentie celverwijzing of co-lineair op de MIM diode detector met bundelsplitsers en extra spiegels.
  3. Detectie van verre-infrarode laserstraling.
    1. Pools de Nikkel basis om de paar dagen met een standaard metalen polish.
    2. Krimp een 25 urn wolfraam draad in een koperen post en buig de draad in de configuratie in figuur 3.
    3. Pas de lengte van de draad zodat het 10 tot 20 golflengten van de straling te meten.
    4. Elektrochemisch etsen het uiteinde van de draad in een verzadigde natriumhydroxide (NaOH) oplossing door een spanning (ongeveer 3,5 tot 5 VAC) aan de oplossing.
    5. Re-etsen van de tip met een lage spanning (minder dan 1 VAC). Dit ruwer het uiteinde van de draad en verbetert de prestaties van de diode.
    6. Spoel de draad met gedestilleerd water.
    7. Plaats de koperen paal in de behuizing van de MIM diode's zodra de draad droog is.
    8. Plaats de draad in contact met nikkelbasis met een fijne schroef en niveausysteem. Contacten hetgeen een weerstand over de diode tussen 100 en 500 Ω worden doorgaans gebruikt bij het detecteren en meten van verre-infrarode laserstraling.
  4. Genereren van verre-infrarode laserstraling.
    1. Stel de CO 2 pomp laser op een specifieke laser emissie, bijv., 9 P 36.
    2. Draai de micrometer draaiknop op de CO 2 pomp laser heen en weer naar maximale intensiteit op de balk halte te bereiken.
    3. Pas de kanteling van het rooster de CO 2 pomp laser om maximale intensiteit op de balk halte te bereiken.
    4. Herhaal de stappen 2.4.2 en 2.4.3 totdat het uitgangsvermogen van de CO 2 pomp laser verschijnt geoptimaliseerd op de balk te stoppen.
    5. Verwijder de bundelstop van het pad van de CO 2 pomplaser.
    6. Schakelen en lijn de optische chopper in de bundel pad van de CO 2 pomp laser.
    7. Open de klep op de CH2F 2 cylinder naar het verre-infrarode laser in te brengen in de verre-infrarode laser holte.
    8. Stel de doseerklep op de toevoerleiding tot een druk van ongeveer 10 Pa bereikt.
      NB: alleen bij benadering druk nodig omdat het wordt gebruikt als een manier om systematisch scannen van de verre-infrarode laser cavity.
    9. Stel de positie van de uitgangskoppelaar zodanig dat het buitenste uiteinde ongeveer 1 cm van het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laserholte.
      NB: alleen de geschatte locatie nodig omdat het wordt gebruikt als een manier om systematisch scannen van de verre-infrarode laser holte.
    10. Pas de positie van de beweegbare verre-infrarode laser spiegel ongeveer 0,25 mm incrementen door het roteren van de gekalibreerde meetklokje heen en weer. Gelijktijdig afstemmen van de frequentie van het CO 2 pomplaser door de versterkingskromme door het veranderen van de spanning aangelegd over de piëzo-elektrische omvormer CO 2 pomp laser (PZT).
    11. Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm Herhaal stap 2.4.10 de uitgangskoppelaar verplaatst naar de volgende positie waar de punt ongeveer 1,5 cm uit het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laser holte.
    12. Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm Herhaal stap 2.4.10 de uitgangskoppelaar verplaatst naar de volgende positie waar de tip is ongeveer 2 cm van het midden van de laser holte zoals aangegeven door een schaalverdeling aan de buitenkant van de laser holte.
    13. Als er geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop display, herhaalt u stap 2.4.9 tot 2.4.12 met een ver-infrarood laser druk van ongeveer 19 Pa aangepast met de doseerklep op de inlaat lijn.
    14. Als er geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop display, herhaalt u stap 2.4.9 tot 2.4.12 met een ver-infrarood laser druk van ongeveer 27 Pa aangepast met de doseerklep op de inlaat lijn.
    15. Wanneer geen signaal wordt waargenomen op de oscilloscoop scherm, plaatst de bundelstop in de baan van de CO 2 pomplaser en sluit het ventiel van de CH2F 2 cylinder tot de verre-infrarode laser druk ongeveer 0 Pa.
    16. Stel de CO 2 pomplaser naar de volgende laseremissie, bijvoorbeeld 9 P 34 en optimaliseren van het zendvermogen behulp stappen 2.4.2 tot 2.4.4.
    17. Herhaal de stappen 2.4.5 tot 2.4.16 totdat alle uitstoot van CO 2 pomp laser gebruikt. Bij het ​​zoeken naar ver-infrarood laser lijnen, leg de nadruk op de CO 2 -uitstoot pomplaser waarvan frequenties overlappen met enige absorptie regio's die in stap 1.2.
  5. Karakteriseren van ver-infrarood laser-uitstoot.
    1. Gelijktijdig pas de druk van het verre-infrarode laser medium, de spanning aangelegd op de CO 2 pomp laser PZT, en de positie van de uitgangskoppelaar tot uitgangsvermogen ver-infrarode laser emissie wordt gemaximaliseerd (bepaald met een maximum piek-to- piek signaal van de MIM diode detector waargenomen op de oscilloscoop scherm, vergelijkbaar met figuur 4).
    2. Draai de klok mee meetklokje tot de ver-infrarood laser emissie wordt waargenomen opde oscilloscoop display. Noteer de positie van de micrometer wijzerplaat.
    3. Draai de klok mee meetklokje tegen 20 modes bij dezelfde ver-infrarode laser emissie. Noteer de positie van de micrometer wijzerplaat.
    4. Aftrekken van de positie van de micrometer wijzerplaat in de stappen 2.5.2 en 2.5.3. Het verschil wordt gedeeld door 10 om de golflengte van het verre-infrarode laser emissie te verkrijgen.
    5. Herhaal stappen 2.5.2 tot 2.5.4 totaal vijf maal het gemiddelde van de golflengte van het verre-infrarode laser emissie. Gemiddeld laser golflengten gemeten met het doorkruisen ten minste 20 aangrenzende longitudinale modi één sigma onzekerheid van ± 0,5 pm.
    6. Meet de polarisatie van het verre-infrarode laserstraling ten opzichte van de CO 2 pompstraling, via een gouden draadrooster polarisator (394 lijnen / cm) of een Brewster polarisator.

3. Vaststellen Far-Infrared Laser Frequenties

  1. Identificerening van de CO 2 -uitstoot referentie laser.
    1. Bereken de frequentie van het verre-infrarode laser emissie op basis van de gemeten golflengte.
    2. Identificeren sets van CO 2 referentie laser lijnen waarvan de frequentie verschil is binnen enkele GHz van de berekende frequentie voor het ver-infrarood laser emissie 40. Een typische lijst voor deze metingen is weergegeven in tabel 1.
  2. Op zoek naar de heterodyne zwevingssignaal.
    1. Identificeren van de eerste set van de CO 2 referentie laser lijnen en elke CO 2 referentie laser op hun respectieve laser emissie.
    2. Optimaliseer het uitgangsvermogen van de CO 2 referentie-laser met stappen 2.4.2 tot 2.4.4 en de monitor power meter.
      1. Stel een iris, intern of extern aan elke referentie laser, zodat het vermogen van de CO 2 verwijzing laser is ongeveer 100 mW, gemeten door de monitor vermogensmeter weergegeven inFiguur 2.
    3. Blokkeer de straling uit de CO 2 pomplaser met een bundelstop terwijl het deblokkeren van de straling uit de CO 2 referentie lasers.
    4. Schakelen en lijn de optische chopper in de co-lineaire bundel pad van de CO 2 referentie lasers.
    5. Optimaliseren voor maximale piek-tot-piek spanning van de CO 2 verwijzing laseremissie de MIM diode detector via meerdere spiegels, beam splitters, en een 2,54 cm brandpuntsafstand ZnSe plano-convexe lens met inachtneming van de uitgang van de oscilloscoop, gelijksoortig aan figuur 5 .
    6. Blokkeer de straling uit de CO 2 verzoek lasers met een bundelstop terwijl het deblokkeren van de straling uit de CO 2 pomplaser.
    7. Opnieuw optimaliseren van de CO 2 pomplaser en het verre-infrarode laser, indien nodig, zodat het verre-infrarode laser emissie heeft een maximale piek-tot-piek spanning als waargenomen op de oscilloscoop.
    8. Koppel tHij MIM uitgang diode detector van de oscilloscoop en sluit deze op een versterker waarvan de uitgang is waargenomen op een spectrum analyzer.
    9. Deblokkeren van de straling van de CO 2 referentie lasers.
    10. Verwijder de optische choppers moduleren van de CO 2 pomp en referentie lasers.
    11. Stel het spectrum analyzer op een 40 MHz overspanning en zoek naar de beat signaal in stappen van 1,5 GHz door het handmatig scannen van dit frequentiegebied met draaiknop van het spectrum analyzer.
    12. Als er geen ritme signaal wordt waargenomen, koppelt u de output van de MIM diode's uit de versterker en sluit deze aan op de oscilloscoop.
    13. Blokkeren de straling van de CO 2 referentie-lasers en plaats de optische chopper in de baan van de CO 2 pomp laser.
    14. Herhaal stap 3.2.2 tot 3.2.13 zolang tot het spectrum analyzer is gebruikt om te zoeken naar het zwevingssignaal tussen 0 en 12 GHz.
    15. Als er geen ritme signaal wordt waargenomen, repein de stappen 3.2.2 tot 3.2.14 met een andere set van CO 2 referentie laser lijnen totdat de beat signaal wordt waargenomen of alle mogelijke sets van CO 2 referentie laser lijnen zijn uitgeput.
  3. Stabiliseren van de CO 2 referentiefrekwenties.
    1. Breng een spanning tussen 0 en 900 V PZT de eerste CO 2 verwijzing laser, zodat het signaal van de respectievelijke fluorescentie referentiecel is in het centrum van het Lam dip, geïllustreerd in figuur 6 en zoals gezien op oscilloscoop zoals in figuur 7.
    2. Activeer de feedback spanning op het eerste verzoek CO 2 laser PZT een aangepaste ingebouwde lock-in / servoversterker zodat het blijft altijd in het midden van het Lam dip.
    3. Herhaal de stappen 3.3.1 en 3.3.2 voor de tweede CO 2 referentie laser.
    4. Visueel bewaken de uitgang van de voorversterker op een oscilloscoop, zoals in figuur 7, en omervoor dat de verwijzing lasers blijft geblokkeerd.
  4. Meting van de slagfrequentie.
    1. Centreren de beat signaal op het spectrum analyzer display en stel de amplitude om de grootte van het scherm te maximaliseren.
    2. Stel het spectrum analyzer om twee gelijktijdige sporen van de beat signaal zien als in figuur 8, door het selecteren van de Clear Write functie voor zowel Spoor 1 en Trace 2. Één spoor zal het momentane signaal te geven, terwijl de andere het maximale signaal zal opnemen (via een Max Hold-functie op het spectrum analyzer voor het tweede spoor).
    3. Draai de meetklokje op de verre-infrarode laser cavity heen en weer over de versterkingskromme voor een bepaalde holte modus.
    4. Gebruik de functie Bekijk op het spectrum analyzer om de tweede (Max Hold) trace bevriezen zodra een symmetrisch patroon wordt verkregen.
    5. Iets draai de klok mee micrometer draaiknop om de lengte van de ver-infrarood laser holte te verminderen. Tegelijkertijd nemen de subsequent kleine verschuiving van de slagfrequentie van het spectrum analyzer wijten aan de geringe verhoging van de frequentie van het verre-infrarode laser.
    6. Plaats markeerders aan de breedte op halve hoogte van de punten symmetrisch patroon (Max Hold spoor) met de functie Marker met de functie Delta op de spectrum analyser.
    7. Meet de centrumfrequentie van de beat signaal met de functie Span paar op de spectrum analyser.
    8. Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.7.
    9. Maak de sluis in / servo-versterker voor elke CO 2 laser verwijzing naar elke laser te openen vanuit het midden frequentie en opnieuw te optimaliseren elke CO 2 referentie-laser.
    10. Re-lock de verwijzing lasers met stappen 3.3.1 tot 3.3.4.
    11. Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.10 voor een totaal van 6 metingen. Eenmaal voltooid, ontgrendelen elke CO 2 referentie-laser van het centrum frequentie.
    12. Bereken de herziene frequentie van de ver-infrarood laser-emissie met behulp van deze sloeg frequenties om een nauwkeurige voorspelling te krijgen voor de tweede reeks van de CO 2 referentie laser lijnen.
    13. Identificeren van een andere set van CO 2 verwijzing laserlijnen waarvan frequentieverschil binnen enkele GHz van de berekende frequentie van het verre-infrarode laser emissie.
    14. Optimaliseer de volgende set van CO 2 referentie laser lijnen op het MIM diode detector en het verkrijgen van de beat signaal met behulp van stappen 3.2.2 tot 3.2.15 nodig.
    15. Vergrendel de nieuwe reeks van de CO 2 referentie laserlijnen met stappen 3.3.1 tot 3.3.4.
    16. Herhaal de stappen 3.4.1 tot 3.4.10 voor een totaal van 6 metingen. Eenmaal voltooid, ontgrendelen elke CO 2 referentie-laser van het centrum frequentie.
    17. Beam Steek stopt in de paden van de CO 2 pomp en referentie-lasers.
  5. Berekening van het verre-infrarode laser frequentie.
    1. Bereken de onbekende verre-infrarode laser frequentie ν FIR, met de gemeten wordenbij frequentie door de relatie
      FIR = | v CO2 (I)CO2 (II) | ± | ν ritme | Eq. 1
      waarbij | v CO2 (I)CO2 (II) | is de magnitude van de verschilfrequentie gesynthetiseerd door beide CO 2 lasers en referentie | v tel | is de magnitude van de slagfrequentie. De ± bord in Eq. 1 wordt experimenteel bepaald uit stap 3.4.5.
    2. Het verkrijgen van een gemiddelde frequentie en het berekenen van deonzekerheid.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Zoals gezegd, de frequentie gerapporteerd voor een verre-infrarode laser emissie gemiddeld ten minste twaalf metingen uitgevoerd met ten minste twee verschillende CO 2 referentie laserlijnen. Tabel 2 worden de opgenomen voor 235,5 urn laseremissie bij gebruik van de gegevens 9 P 04 CO 2 pomp laser. Voor deze ver-infrarood laser emissie, werden veertien afzonderlijke metingen van de beat frequentie opgenomen. De eerste reeks metingen werden opgenomen tijdens het gebruik van de 9 R 10 en 9 P 38 CO 2 referentie laseremissies. Bij stap 3.4.5, als verre-infrarode laser frequentie licht verhoogd, de slagfrequentie werd ook waargenomen toenemen. Dit geeft het verre-infrarode laser frequentie hoger is dan de grootte van de verschilfrequentie tussen was 9 R 10 en 9 P 38 CO 2 verwijzing lasers, | v CO2 (I)CO2 (II) |. Daarom is het teken of de slagfrequentie in vergelijking 1 was positief voor deze set van CO 2 referentie lasers. Omgekeerd, de tweede set van metingen die de 9 R 16 en 9 P 34 CO 2 referentie laseremissies. Bij stap 3.4.5 werd uitgevoerd, werd een daling van de slagfrequentie waargenomen terwijl het verre-infrarode laser frequentie was enigszins verhoogd. Dit geeft het verre-infrarode laser frequentie lager is dan de grootte van de verschilfrequentie tussen de 16 en R 9 9 P 34 CO 2 lasers referentie was. Daarom is voor deze set van CO 2 referentie-lasers het teken van de beat frequentie in vergelijking 1 was negatief. Zoals weergegeven in tabel 2, de berekende verre-infrarode laser frequentie ν FIR voor beide situaties gelijk te blijven binnen ± 0,12 MHz één sigma standaarddeviatie.

De gemiddelde ver-infrarood laser frequenties bepaald met deze experimentele techniek worden in beursgenoteerde 2 pomp lijn. De gemiddelde laserfrequenties worden gerapporteerd met bijbehorende golflengte en golfgetal, berekend met 1 cm -1 = 29 979,2458 MHz. All ver-infrarood laser frequenties werden gemeten onder optimale bedrijfsomstandigheden. In dit onderzoek, een aantal eerder gerapporteerde frequenties werden gemeten en bleken te zijn in overeenstemming met de gepubliceerde waarden. De een-sigma fractionele onzekerheid Δν van verre-infrarode laser frequenties gemeten met deze techniek is ± 5 x 10-7. Deze onzekerheid wordt afgeleid uit de reproduceerbaarheid van bekende frequenties met dit systeem, de symmetrie en de breedte van de verbrede versterkingskromme van het verre-infrarode laser en de nauwkeurigheid van de metingen 4,25,31.

De ver-infrarode laser emissie ontdekt tijdens het onderzoek werden behandeld, een sterke 'W have# 8217; overeenkomend met een bereik van 0,001 tot energie van 0,01 mW. Ter vergelijking werd 118,8 urn regel methanol waargenomen met dit systeem VVS met een vermogen iets boven 10 mW bij het ​​gebruik van de 9 P 36 CO 2 pomp met een vermogen van 18 W. Bovendien Tabel 3 bevat de polarisatie van elk nieuw ver-infrarood laser emissie gemeten ten opzichte van zijn respectieve CO 2 pomplaser. In de meeste gevallen werd slechts één polarisatie waargenomen domineren, hetzij een polarisatie parallel aan of loodrecht op de CO 2 pomplaser. Voor situaties waar geen overheersende polarisatie werd waargenomen, zijn beide polarisaties genoteerd.

In totaal werden acht verre-infrarode laser uitstoot van difluormethaan via een optisch gepompte moleculaire lasersysteem met een dwars pompen geometrie. Dit omvat de ontdekking van drie verre-infrarode laser emissie met golflengten van 235,5, 335,9 en 416,8 urn. Eenmaal gedetecteerd,de drie heterodyne laser-techniek werd gebruikt om de frequentie te meten voor elke waargenomen verre-infrarode laser emissie. De frequenties voor deze laser emissies varieerden 0,359-1,273 THz en worden gemeld bij fractionele onzekerheden van ± 5 delen in 10 7.

Figuur 1
Figuur 1. Schematische weergave van de optisch gepompte moleculaire lasersysteem bestaande uit een pomp kooldioxide laser en een ver-infrarood laser holte. De ver-infrarood lasermedium wordt geëxciteerd met een dwarse pompen geometrie. Herdrukt met kleine wijzigingen van Ref. 15 met toestemming van Springer Science en Business Media. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.


Figuur 2. Schematische weergave van de drie heterodyne laser frequentie meetsysteem. Het heterodyne systeem omvat de optisch gepompte laser moleculaire gebruik van een dwarse pompen geometrie en twee extra koolstofdioxide referentie lasers. Niet weergegeven zijn de elektronische systemen voor het bewaken en stabiliseren van de straling van elke laser. © [2015] IEEE. Herdrukt, met kleine wijzigingen en toestemming, uit Ref. 27. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3. De Tungsten draad gebruikt in de MIM puntcontact diode detector als bekeken door een vergrootglas. Hetlengte van de draad is ongeveer 2 mm. Voor de beste veerwerking zou de hoeken in de bocht in de buurt van 90 o en in hetzelfde vlak liggen allemaal.

Figuur 4
Figuur 4. De golfvorm gegenereerd door 274,8 urn laseremissie optisch gepompte CH2F 2 met de 9 P 04 CO 2 pomplaser gezien op de oscilloscoop scherm. Het CO 2 pompstraling wordt gemoduleerd door een optische chopper werken aan ongeveer 45 Hz. De weerstand van het MIM diode detector ongeveer 100 en het signaal is ongeveer 6 mV (piek-piek). De oscilloscoop display is ingesteld op 10 mV / divisie.

Figuur 5
Figuur 5. De linker enmiddelste beelden tonen de uitvoer van de CO 2 verwijzing laser, 9 R 16 en 9 P 34, respectievelijk. De respectieve gemoduleerde signaal op de oscilloscoop ongeveer 4 mV (piek-piek) van ongeveer 100 mW vermogen, zoals gemeten door de monitor power meter. De rechter foto toont het gecombineerde signaal van het referentie- lasers ongeveer 7 mV (piek-piek) zijn waarin de twee referentiesignalen correct mengen op het MIM diode detector. De weerstand van het MIM diode detector circa 100 Ω. De oscilloscoop weergave in elke foto is ingesteld op 1 mV / divisie. Het CO 2-straling wordt gemoduleerd door een optische chopper werkt bij ongeveer 70 Hz.

Figuur 6
Figuur 6. De verzadigde fluorescentiesignaal in lage druk (6 Pa) van CO 2 tijdens het gebruik van de 9 R 24 CO 2laseremissie. Deze grafiek wordt verkregen door het moduleren van de CO 2 verwijzing laseremissie via een externe chopper op 52 Hz, terwijl de spanning op de CO 2 verwijzing laser PZT uitloopt vanaf 0 tot ongeveer 570 V in ongeveer 13 min. De lock-in versterker is ingesteld op een 300 msec tijd constant en een 200 mV gevoeligheid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7
Figuur 7. De verzadigde fluorescentiesignaal bij lage druk (6 Pa) CO 2 tijdens gebruik van de 9 R 24 CO 2 laseremissie zoals gezien op een oscilloscoop. De linker foto geeft de oscilloscoop display wanneer de PZT spanning van het centrum van de lam dip, ongeveer 80 V in this foto. De middelste en rechter foto's geven de oscilloscoop display wanneer de PZT spanning hetzij onmiddellijk naar links of rechts van het midden van het Lam dip, ongeveer 278 en 295 V respectievelijk in deze foto's. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken .

Figuur 8
Figuur 8. De beat signaal tussen de 235,5 urn laser uitstoot van optisch gepompte CH 2 F 2 met behulp van de 9 P 04 CO 2 pomp laser en de 9 R 16 en 9 P 34 CO 2 referentie lasers. Een tijdsspanne van ongeveer 25 MHz is typisch gebruikt. De meerderheid van de ritme-signalen worden waargenomen binnen ± 5 GHz. Er zijn echter bepaalde frequentiegebieden binnen deze zoekparameters die een lage signaal- hebbenruis. Daarom is het gebruik van een iets grotere zoekgebied is soms handig zijn.

Figuur 9
Figuur 9. Gedeelte van een typische laser resonator interferogram (of holte scan) bestaat uit een verzameling van discrete pieken die overeenkomen met de modi van de resonator, gescheiden door gebieden waar geen laserwerking optreedt. Deze scan toont 511,445 urn laseremissie gegenereerd door optisch gepompte CH 2 F 2 met de 9 R 28 CO 2 pomp. Een lagere micrometer komt overeen met een afname van de lengte (spiegel naar spiegelscheidings-) van het verre-infrarode laser holte. De MIM diode gedetecteerd een 20 mV piek-tot-piek een maximale signaal gegenereerd door deze verre infrarode laser emissie. De output van de detector werd opgenomen met een lock-in versterker, op een 300 msec tijd constant en 20 mV sensitivity, gekoppeld aan een computer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

tabel 1
Tabel 1: Sets van CO 2 referentie lasers waarvan het verschil frequentie in de buurt van de berekende frequentie van de 235,5 micrometer laser emissie van optisch gepompte CH 2 F 2 bij excitatie met behulp van de 9 P 04 CO 2 laser-uitstoot.

Tabel 2
Tabel 2: Gemeten sloeg frequenties voor de 235,5 urn laseremissie uit optisch gepompte CH2F 2 bij excitatie met de 9 P 04 CO 2 laseremissie. Twee sets van CO 2 referentie lasers gebruiktd de bekende verschilfrequentie genereren (| v CO2 (I)CO2 (II) |).

Tabel 3
Tabel 3: New verre-infrarode laser frequenties uit optisch gepompte CH2F 2.

Tabel 4
Aanvullende Tabel A: Technische details van de experimentele systeem, inclusief enkele relevante commerciële componenten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Er zijn verschillende kritische stappen in het protocol dat wat extra overleg nodig. Bij het meten van het verre-infrarode laser golflengte, zoals in stap 2.5.3, is het belangrijk om dezelfde modus van het verre-infrarode laser emissie wordt gebruikt waarborgen. Meerdere vormen van een verre-infrarode laser golflengte (bijv TEM 00, TEM 01, etc.) kan worden opgewekt binnen de laserholte en dus is het belangrijk om de juiste identificatie aangrenzende holte modi worden gebruikt om de golflengte 13,29 meten 41. Om te helpen bij het elimineren van hogere orde modes zijn irissen opgenomen in elke laser holte. Als een ver-infrarood laser frequentie nauwkeurig te meten, is het noodzakelijk de lasers, met name het CO 2 referentie lasers werken in hun fundamentele (TEM 00) mode. Irissen worden ook gebruikt om het patroon uit opgespoord door het verre-infrarode laser van het spectrum analyzer symmetrisch waarborgen. Voor situaties waar meerdere ver-infrarood laser golflengten gegenereerd door een bepaalde CO 2 pompstreng, zoals bij 9 P 04, een reeks absorberende filters, geijkt golflengte worden gebruikt om te helpen onderscheiden verre-infrarode laser golflengte. Ze kunnen ook worden gebruikt om verstrooide CO 2 laserstraling het verre-infrarode laser holte verlaat verzwakken.

Paragraaf 2.4 beschrijft de generatie van ver-infrarood laser straling. Over talrijke onderzoeken, hebben wij gevonden dat meerdere verschillende golflengtes kan worden gegenereerd door dezelfde CO 2 pomplaser ingesteld op enigszins verschillende sprongfrequenties. Bijvoorbeeld, de 9 P 04 CO 2 pomplaser kan genereren de 289,5 en 724,9 urn golflengte van CH2F 2 bij één pomp frequentie terwijl de resterende golflengten gemeten tijdens het onderzoek werden gegenereerd met een enigszins andere frequentie van de 9 P 04 CO 2 pomplaser. Dit is accomplished door het veranderen van de spanning die op de PZT dat de frequentie van het CO 2 pomplaser stemt door zijn verbreed versterkingskromme (ongeveer ± 45 MHz van de centrale frequentie in het experiment). Hoewel niet specifiek in paragraaf 2.4 besproken, zijn wij van mening dat dit een opmerkelijke eigenschap in het zoeken naar ver-infrarood laser straling.

Voor situaties waarin meerdere verre-infrarode laser emissies worden gegenereerd door dezelfde CO 2 pomp laserlijn op dezelfde offset frequentie, kan een laser resonator interferogram (of holte scan) worden uitgevoerd om te helpen bij de verschillende verre-infrarode laser emissie identificeren gegenereerd . Figuur 9 toont een gedeelte van een typische laser resonator interferogram, met het zendvermogen uitgezet als functie van afnemende ver-infrarood laser holtelengte 42 - 45.

Zoals uiteengezet in paragraaf 3.4, twee verschillende sets van CO 2referentie lasers worden gebruikt om de ver-infrarood laser frequentie te meten. Dit helpt bij het ​​elimineren van de onzekerheid over de vraag of de beat frequentie boven of onder het verschil frequentie gegenereerd tussen de CO 2 referentie lasers. Samen met het verstrekken van een manier om zelfstandig te controleren of de ver-infrarood laser frequentie, is het bijzonder nuttig geweest bij het werken met zwakke signalen ritme waarin het observeren van de lichte verschuiving in de beat frequentie als de ver-infrarood laser frequentie toeneemt kan een uitdaging zijn.

De MIM diode detector een essentiële component bij het ​​experimentele systeem vanwege de hoge snelheid, gevoeligheid en brede spectrale dekking 23,24. Er zijn echter een aantal beperkingen aan de MIM diode detector die mechanische instabiliteit, gevoeligheid voor elektromagnetische storingen, slechte reproduceerbaarheid en een grens aan het maximale vermogen dat kan opsporen behoud van de gevoeligheid omvatten. Terwijl het meten van ver-infrarood laser frequencies, de gevoeligheid van het MIM diode detector bleek snel af in de tijd wanneer de stroom uit elke CO 2 verwijzing laser overschreden 150 mW.

Voorbij de MIM diode detector, de belangrijkste beperking voor de onderhavige techniek is de stabiliteit van het verre-infrarode laser 4,31,46. Een beperking in de huidige configuratie van het experimentele systeem is het onvermogen om de offset frequentie van het CO 2 pomplaser meten. Zoals gezegd, is de offset frequentie gedefinieerd als het verschil tussen de frequentie door de CO 2 pomplaser naar het verre-infrarode laser emissie en middenfrequentie CO 2 pomplaser genereren. Zo vertegenwoordigt het verschil tussen de absorptie frequentie van het verre-infrarode lasermedium en de middenfrequentie van de CO 2 pomplaser. Typisch wordt de offset-frequentie direct gemeten met behulp van een CO 2 laserstraling die ongewenst verstrooid uit of de ver-infrarood laser holte. In de huidige configuratie echter zeer weinig CO 2 laserstraling is beschikbaar voor dergelijke meting. Andere methoden voor het meten van de offset-frequentie kan in toekomstige herhalingen van het project worden opgenomen. Dit omvat het gebruik additionele bundelsplitsers en spiegels te koppelen een deel van de pompstraling naar de MIM diode detector. De meting van een offset-frequentie is gunstig bij het ​​toewijzen van spectroscopische overgangen naar de ver-infrarood laser emissie 25,34.

Ver-infrarood laser frequenties ook gemeten door heterodyning twee optisch gepompte ver-infrarode lasers en een microgolfbron een MIM diode detector, waarbij de frequentie van een van de twee verre-infrarode lasers is bekend en wordt gebruikt als referentiefrequentie 47. Het gebruik van verre-infrarode frequenties nauwkeuriger kan met andere technieken, bijvoorbeeld met THz frequentie-comb synthese vergelijkbaar met die discussed in Refs. 48-54. Meten laserfrequenties breidt de rol van moleculaire optisch gepompte lasers in toepassingen van THz THz imaging 55, zijn rol als bron van terahertz straling voor hoge-resolutie spectroscopie 13,20, en hulp bij de analyse van de complexe spectra geassocieerd met laserwerking 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).
Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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