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Engineering

सुदूर इन्फ्रारेड लेजर उत्सर्जन और उनके आवृत्तियों का मापन निस्र्पक

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

पीढ़ी और दूर अवरक्त विकिरण के बाद माप उच्च संकल्प स्पेक्ट्रोस्कोपी, रेडियो खगोल विज्ञान, और Terahertz इमेजिंग में कई आवेदन मिल गया है। लगभग 45 वर्षों के लिए, सुसंगत, दूर अवरक्त विकिरण की पीढ़ी ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर का उपयोग कर पूरा कर दिया गया है। दूर अवरक्त लेजर विकिरण का पता चला है, एक बार इन लेजर उत्सर्जन की आवृत्तियों एक तीन लेजर heterodyne तकनीक का उपयोग मापा जाता है। इस तकनीक के साथ, ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर से अज्ञात आवृत्ति दो स्थिर, अवरक्त संदर्भ आवृत्तियों के बीच अंतर आवृत्ति के साथ मिलाया जाता है। ये संदर्भ आवृत्तियों स्वतंत्र कार्बन डाइऑक्साइड लेसरों द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं, प्रत्येक एक बाहरी, कम दबाव संदर्भ सेल से प्रतिदीप्ति संकेत का उपयोग कर स्थिर हो। ज्ञात और अज्ञात लेजर आवृत्तियों के बीच परिणामस्वरूप हरा जिसका उत्पादन एक कल्पना पर मनाया जाता है एक धातु इन्सुलेटर धातु बिंदु संपर्क डायोड डिटेक्टर द्वारा नजर रखी हैTrum विश्लेषक। इन लेजर उत्सर्जन के बीच हरा आवृत्ति बाद में मापा जाता है और अज्ञात दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति एक्सट्रपलेशन के लिए जाना जाता संदर्भ आवृत्तियों के साथ संयुक्त है। इस तकनीक के साथ मापा लेजर आवृत्तियों के लिए जिसके परिणामस्वरूप एक-सिग्मा आंशिक अनिश्चितता सही दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की आवृत्ति का निर्धारण। 10 7 में ± 5 भागों है कि वे अक्सर अन्य मापन के लिए एक संदर्भ के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं के रूप में उच्च के रूप में महत्वपूर्ण है, लेजर चुंबकीय अनुनाद का उपयोग कर मुक्त कण के संकल्प स्पेक्ट्रोस्कोपी जांच। इस जांच, difluoromethane, सीएच 2 एफ 2 के भाग के रूप में, दूर अवरक्त लेजर माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया गया था। सभी में, आठ दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों 0.359 से 1,273 THz को लेकर आवृत्तियों के साथ पहली बार के लिए मापा गया। इन लेजर उत्सर्जन में से तीन इस जांच के दौरान पता चला रहे थे और सीओ 2 के लिए सम्मान के साथ उनके इष्टतम ऑपरेटिंग दबाव, ध्रुवीकरण के साथ रिपोर्ट कर रहे हैं

Introduction

दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों की माप पहले Hocker द्वारा प्रदर्शन किया और 1967 में सह कार्यकर्ताओं वे एक माइक्रोवेव संकेत के उच्च आदेश harmonics के साथ उन्हें मिश्रण से प्रत्यक्ष-मुक्ति हाइड्रोजन साइनाइड लेजर से 311 और 337 माइक्रोन उत्सर्जन के लिए आवृत्तियों मापा गया था एक सिलिकॉन डायोड 1 में। उच्च आवृत्तियों मापने के लिए, लेजर और हार्मोनिक मिश्रण उपकरणों की एक श्रृंखला लेजर harmonics 2 उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया गया। आखिरकार दो लेज़रों आवश्यक अंतर 3,4 आवृत्तियों के संश्लेषण के लिए चुने गए हैं (सीओ 2) कार्बन डाइऑक्साइड स्थिर हो। आज, 4 THz अप करने के लिए दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों दो द्वारा उत्पन्न अंतर आवृत्ति की केवल पहली हार्मोनिक का उपयोग कर इस तकनीक के साथ मापा जा सकता है सीओ 2 संदर्भ लेज़रों स्थिर हो। उच्च आवृत्ति लेजर उत्सर्जन भी ऐसे मेथनॉल आइसोटोपोलोग्स सीएचडी 2 से 9 THz लेजर उत्सर्जन के रूप में, दूसरे हार्मोनिक का उपयोग करके मापा जा सकता है, ओह, और सीएच 3 18 ओह। इन वर्षों में 5,6, लेजर आवृत्तियों का सही माप वैज्ञानिक प्रयोगों 7.8 के एक नंबर पर असर पड़ा है और पेरिस में बाट और माप के आम सम्मेलन द्वारा मीटर की एक नई परिभाषा की गोद लेने की इजाजत दे दी है 1983 के 9-11

ऐसे में वर्णित उन लोगों के रूप heterodyne तकनीक, ऑप्टिकली पंप आणविक लेसरों द्वारा उत्पन्न दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों की माप में बेहद फायदेमंद रहा है। चांग और पुल 12 से ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर की खोज के बाद से, ऑप्टिकली के हजारों दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन लेजर मीडिया के एक किस्म के साथ उत्पन्न किया गया है पंप। ऑप्टिकली सीओ 2 लेजर द्वारा पंप करते हैं, उदाहरण के लिए, difluoromethane (सीएच 2 एफ 2) और उसके आइसोटोपोलोग्स 250 से अधिक लेजर उत्सर्जन उत्पन्न करते हैं। । उनके तरंग दैर्ध्य लगभग से 95.6 1714.1 माइक्रोन 13 तक होती है - 18 -> 15 तक इन लेजर उत्सर्जन का लगभग 75% कई स्पैक्ट्रोस्कोप 16 आवंटित किया गया है, जबकि उनके आवृत्तियों मापा पड़ा है।

ये लेजर, और उनके सही मापा आवृत्तियों, उच्च संकल्प स्पेक्ट्रोस्कोपी की उन्नति में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। वे लेजर गैसों की अवरक्त वर्णक्रम के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं। अक्सर इन लेजर आवृत्तियों वे अक्सर अवशोषण स्पेक्ट्रा 19 से सीधे दुर्गम हैं कि उत्साहित कंपन राज्य स्तर के बीच कनेक्शन प्रदान क्योंकि अवरक्त और दूर अवरक्त स्पेक्ट्रा के विश्लेषण को सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। उन्होंने यह भी लेजर चुंबकीय अनुनाद तकनीक 20 के साथ क्षणिक, अल्पकालिक मुक्त कण की जांच के अध्ययन के लिए प्राथमिक विकिरण स्रोत के रूप में काम करते हैं। इस बेहद संवेदनशील तकनीक, समचुंबक परमाणु, अणु में बारी-बारी से और RO-कंपन Zeeman स्पेक्ट्रा, और आणविक आयनों हो सकता है आर के साथecorded और इन मुक्त कण बनाने के लिए इस्तेमाल प्रतिक्रिया दरों जांच करने की क्षमता के साथ-साथ विश्लेषण किया।

चित्र 1 में दिखाया इस काम है, एक ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर, में, difluoromethane से दूर अवरक्त लेजर विकिरण उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। इस प्रणाली के एक निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) सीओ 2 लेजर पंप और एक दूर अवरक्त लेजर गुहा के होते हैं। दूर अवरक्त लेजर गुहा के लिए आंतरिक एक दर्पण, गुहा के अंत में समाप्त किसी भी शेष पंप विकिरण बिखरने से पहले छब्बीस प्रतिबिंब के दौर से गुजर, पॉलिश तांबे ट्यूब नीचे सीओ 2 लेजर विकिरण पुनर्निर्देश। इसलिए दूर अवरक्त लेजर मध्यम एक अनुप्रस्थ पम्पिंग ज्यामिति का उपयोग उत्साहित है। लेजर कार्रवाई उत्पन्न करने के लिए, कई चर कुछ एक साथ समायोजित कर रहे हैं, और लेजर विकिरण मनाया जाता है एक बार सब बाद में अनुकूलित कर रहे हैं।

इस प्रयोग में, दूर अवरक्त लेजर विकिरण एक धातु insu द्वारा नजर रखी हैlator धातु (एमआईएम) के बिंदु संपर्क डायोड डिटेक्टर। एमआईएम डायोड डिटेक्टर 1969 21 के बाद से लेजर आवृत्ति माप के लिए इस्तेमाल किया गया है - लेजर आवृत्ति माप में 23, एमआईएम डायोड डिटेक्टर डायोड पर दो या दो से अधिक विकिरण स्रोतों घटना के बीच एक हार्मोनिक मिश्रक है। एमआईएम डायोड डिटेक्टर एक ऑप्टिकली पॉलिश निकल आधार 24 से संपर्क एक तेज टंगस्टन तार के होते हैं। निकल आधार इन्सुलेट परत है कि एक स्वाभाविक रूप से पतली परत ऑक्साइड है।

मूल रूप से रेफरी में वर्णित विधि के बाद 27 - एक लेजर उत्सर्जन का पता चला था एक बार इसकी आवृत्ति तीन लेजर heterodyne तकनीक का उपयोग करते हुए 25 मापा गया था, जबकि इसकी तरंग दैर्ध्य, ध्रुवीकरण, शक्ति, और अनुकूलित ऑपरेटिंग दबाव दर्ज किया गया। 4. चित्रा 2 दो अतिरिक्त सीडब्ल्यू सीओ 2 संदर्भ लेज़रों स्वतंत्र आवृत्ति स्टेशन होने के साथ ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर शोएक बाहरी, कम दबाव संदर्भ सेल 28 से 4.3 माइक्रोन प्रतिदीप्ति संकेत में मेमने डुबकी उपयोग कि bilization सिस्टम। यह पांडुलिपि दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन के साथ ही उनके तरंगदैर्ध्य के आकलन के लिए और सही ढंग से उनकी आवृत्ति निर्धारित करने में विधि के लिए खोज करने के लिए इस्तेमाल की प्रक्रिया की रूपरेखा। तीन लेजर heterodyne तकनीक के बारे में बारीकियों के साथ ही विभिन्न घटकों और इस प्रणाली के संचालन मानकों को संदर्भ के 4, 25-27, 29, और 30 के साथ पूरक टेबल ए में पाया जा सकता है।

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Protocol

प्रयोगों के 1. योजना

  1. इस प्रयोग के लिए एफ 2 सीएच 2 है, जो ब्याज की लेजर मध्यम, का उपयोग किया पहले काम का आकलन करने के लिए साहित्य का एक सर्वेक्षण किया। जैसे उनके तरंगदैर्ध्य और आवृत्ति के रूप में लाइनों के बारे में सभी जानकारी के साथ-साथ सभी ज्ञात लेजर उत्सर्जन को पहचानें। 37 - जाना जाता लेजर उत्सर्जन के कई सर्वेक्षणों 13,31 उपलब्ध हैं।
  2. प्रायर फूरियर पर ध्यान देने के साथ लेजर के माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया अणु के सभी स्पेक्ट्रोस्कोपी जांच 34 और optoacoustic अध्ययनों 38,39 बदलना संकलित करें।

2. जनरेटिंग सुदूर इन्फ्रारेड लेजर उत्सर्जन

  1. सुरक्षा अवलोकन।
    1. सीओ 2 और दूर अवरक्त लेजर प्रणाली के साथ कार्य करते समय उचित आंखों की सुरक्षा भी शामिल है कि प्रयोगशाला के लिए एक मानक संचालन प्रक्रिया का विकास करना।
  2. संरेखण और कैलिब्रेशन।
    1. प्रत्येक सीओ 2 एल जांचनाअशेर निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार सीओ 2 लेजर के लिए बनाया गया एक झंझरी आधारित स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग।
    2. अंत दर्पण और उनके विकिरण एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर ध्यान केंद्रित किया है ताकि एक वह-ने लेजर का उपयोग कर दूर अवरक्त लेजर गुहा में युग्मन दर्पण संरेखित करें।
    3. गुहा धुरी के संबंध में लगभग 72 ओ के कोण पर एक सोडियम क्लोराइड खिड़की के माध्यम से दूर अवरक्त लेजर गुहा में सीओ 2 लेजर पंप से विकिरण प्रत्यक्ष।
    4. बीम splitters और अतिरिक्त दर्पण का उपयोग एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर उनके संबंधित कम दबाव प्रतिदीप्ति संदर्भ सेल या सह रैखिक या तो करने के लिए दो सीओ 2 संदर्भ पराबैंगनीकिरण से विकिरण प्रत्यक्ष।
  3. दूर अवरक्त लेजर विकिरण की जांच।
    1. एक मानक धातु पॉलिश का उपयोग हर कई दिनों निकल आधार पॉलिश।
    2. एक तांबे पोस्ट में एक 25 माइक्रोन टंगस्टन तार समेटना और configur में तार मोड़व्यावहारिक 3 चित्र में दिखाया गया है।
    3. यह विकिरण के 10 से 20 तरंग दैर्ध्य मापा जा रहा है के बीच इतना है कि तार की लंबाई को समायोजित करें।
    4. Electrochemically समाधान करने के लिए एक वोल्टेज (5 VAC करने के लिए लगभग 3.5) को लागू करने से एक संतृप्त सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) के घोल में तार की नोक खोदना।
    5. पुनः खोदना एक कम वोल्टेज (कम से कम 1 VAC) के साथ टिप। इस तार की नोक roughens और डायोड के प्रदर्शन को बेहतर बनाता है।
    6. आसुत जल से तार कुल्ला।
    7. तार से सूखा है एक बार एमआईएम डायोड के आवास में तांबे के पद डालें।
    8. ठीक एक पेंच और स्तर प्रणाली का उपयोग कर निकल आधार के साथ संपर्क में तार रखें। का पता लगाने और दूर अवरक्त लेजर विकिरण मापने जब 100 और 500 Ω के बीच डायोड भर में एक प्रतिरोध उपज संपर्क में आम तौर पर इस्तेमाल कर रहे हैं।
  4. दूर अवरक्त लेजर विकिरण की पीढ़ी।
    1. एक विशेष लेजर उन्हें पर सीओ 2 लेजर पंप सेटission, उदा।, 9 पी 36।
    2. किरण स्टॉप पर अधिकतम तीव्रता को प्राप्त करने के लिए आगे और पीछे सीओ 2 लेजर पंप पर माइक्रोमीटर डायल घुमाएँ।
    3. किरण स्टॉप पर अधिकतम तीव्रता को प्राप्त करने के लिए सीओ 2 लेजर पंप के झंझरी के झुकाव को समायोजित।
    4. सीओ 2 लेजर पंप के लिए बिजली उत्पादन किरण स्टॉप पर अनुकूलित प्रकट होने तक दोहराएँ 2.4.2 और 2.4.3 कदम।
    5. सीओ 2 लेजर पंप के रास्ते से किरण रोक निकालें।
    6. चालू करें और सीओ 2 लेजर पंप की किरण पथ में ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर पंक्ति में।
    7. दूर अवरक्त लेजर गुहा में दूर अवरक्त लेजर माध्यम लागू करने के लिए सीएच 2 एफ 2 सिलेंडर पर वाल्व खुला।
    8. देहात हासिल की है लगभग 10 के दबाव में जब तक इनलेट लाइन पर पैमाइश वाल्व को समायोजित करें।
      नोट: यह योजनाबद्ध तरीके से दूर अवरक्त लेजर ग स्कैनिंग के एक तरीके के रूप में प्रयोग किया जाता है के बाद से केवल अनुमानित दबाव आवश्यक हैavity।
    9. उत्पादन युग्मक की स्थिति सेट ऐसी है कि इसकी सबसे बाहरी टिप लेजर गुहा के बाहर पर नपे-तुले पैमाने द्वारा संकेत के रूप में लेजर गुहा के बीच में से लगभग 1 सेमी है।
      नोट: यह योजनाबद्ध तरीके से दूर अवरक्त लेजर गुहा स्कैनिंग के एक तरीके के रूप में प्रयोग किया जाता है के बाद से केवल अनुमानित स्थान आवश्यक है।
    10. आगे और पीछे calibrated माइक्रोमीटर डायल घूर्णन द्वारा लगभग 0.25 मिमी वेतन वृद्धि में जंगम दूर अवरक्त लेजर दर्पण की स्थिति को समायोजित करें। इसके साथ ही धुन सीओ 2 लेजर पंप के पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर (PZT) भर में लागू वोल्टेज बदलकर अपने लाभ की अवस्था के माध्यम से सीओ 2 लेजर पंप की आवृत्ति।
    11. कोई संकेत आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर मनाया जाता है, उत्पादन युग्मक के साथ कदम 2.4.10 टिप लेजर के बाहर पर नपे-तुले पैमाने द्वारा संकेत के रूप में लेजर गुहा के बीच में से लगभग 1.5 सेमी है, जहां इसकी अगली स्थिति में ले जाया दोहराने गुहा।
    12. कोई संकेत आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर मनाया जाता है, उत्पादन युग्मक के साथ कदम 2.4.10 टिप लेजर के बाहर पर नपे-तुले पैमाने द्वारा संकेत के रूप में लेजर गुहा के बीच में से लगभग 2 सेमी है, जहां इसकी अगली स्थिति में ले जाया दोहराने गुहा।
    13. कोई संकेत आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर मनाया जाता है इनलेट लाइन पर पैमाइश वाल्व के साथ समायोजित के रूप में, फिर से लगभग 19 पा के एक सुदूर इन्फ्रारेड लेजर दबाव के साथ 2.4.12 के माध्यम से 2.4.9 कदम।
    14. कोई संकेत आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर मनाया जाता है इनलेट लाइन पर पैमाइश वाल्व के साथ समायोजित के रूप में, फिर से लगभग 27 पा के एक सुदूर इन्फ्रारेड लेजर दबाव के साथ 2.4.12 के माध्यम से 2.4.9 कदम।
    15. कोई संकेत आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर मनाया जाता है, सीओ 2 लेजर पंप की राह में किरण पड़ाव डालने और लगभग 0 पा है दूर अवरक्त लेजर दबाव जब तक सीएच 2 एफ 2 सिलेंडर पर वाल्व बंद कर दें।
    16. सीओ 2 पंप सेटअगले लेजर उत्सर्जन करने के लिए लेजर, जैसे, 9 पी 34, और 2.4.4 के माध्यम से कदम 2.4.2 का उपयोग कर बिजली उत्पादन का अनुकूलन।
    17. सीओ 2 लेजर पंप से उत्पन्न सभी उत्सर्जन उपयोग किया जाता है जब तक दोहराएँ 2.4.16 के माध्यम से 2.4.5 कदम। दूर अवरक्त लेजर लाइनों के लिए खोज, जिसका आवृत्तियों 1.2 चरण में पहचान किसी भी अवशोषण क्षेत्रों के साथ ओवरलैप सीओ 2 लेजर पंप के उत्सर्जन पर ध्यान देने की जगह है।
  5. दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन निस्र्पक।
    1. दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन का उत्पादन शक्ति को बड़ा किया जाता है जब तक इसके साथ ही दूर अवरक्त लेजर माध्यम का दबाव, सीओ 2 लेजर पंप के पीजेडटी के लिए लागू वोल्टेज, और उत्पादन युग्मक की स्थिति को समायोजित (एक अधिकतम चोटी करने वाली द्वारा निर्धारित 4 चित्रा के समान आस्टसीलस्कप प्रदर्शन, पर मनाया के रूप में एमआईएम डायोड डिटेक्टर से शिखर संकेत)।
    2. दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन को मनाया जाता है जब तक माइक्रोमीटर डायल दक्षिणावर्त बारीआस्टसीलस्कप प्रदर्शन। माइक्रोमीटर डायल की स्थिति रिकॉर्ड।
    3. एक ही दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन को इसी एक अतिरिक्त 20 मोड के लिए माइक्रोमीटर डायल दक्षिणावर्त बारी। माइक्रोमीटर डायल की स्थिति रिकॉर्ड।
    4. कदम 2.5.2 और 2.5.3 में माइक्रोमीटर डायल की स्थिति को घटाना। दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य प्राप्त करने के लिए 10 से इस अंतर को विभाजित करते हैं।
    5. 2.5.4 के माध्यम से चरण में पांच बार की कुल 2.5.2 दोहराएँ और दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य औसत। कम से कम 20 आसन्न अनुदैर्ध्य मोड से गुजर द्वारा मापा औसत लेजर तरंग दैर्ध्य ± 0.5 माइक्रोन की एक एक सिग्मा अनिश्चितता है।
    6. एक सोने के तार ग्रिड polarizer (394 लाइनों / सेमी) या एक ब्रूस्टर polarizer या तो उपयोग, सीओ 2 पंप विकिरण के सापेक्ष दूर अवरक्त लेजर विकिरण का ध्रुवीकरण, उपाय।

3. सुदूर इन्फ्रारेड लेजर आवृत्तियों का निर्धारण

  1. पहचानेंसीओ 2 संदर्भ लेजर उत्सर्जन हैैं।
    1. इसकी मापा तरंग दैर्ध्य के आधार पर दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की आवृत्ति की गणना।
    2. जिनकी आवृत्ति अंतर दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन 40 के लिए गणना की आवृत्ति के कई गीगा के भीतर है सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के सेट को पहचानें। इस तरह के मापन के लिए इस्तेमाल एक विशिष्ट सूची तालिका 1 में दिखाया गया है।
  2. Heterodyne हरा संकेत के लिए खोज रहे हैं।
    1. सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के पहले सेट को पहचानें और उनके संबंधित लेजर उत्सर्जन पर प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर निर्धारित किया है।
    2. कदम 2.4.4 के माध्यम से 2.4.2 और मॉनिटर बिजली मीटर का उपयोग कर प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर के लिए बिजली उत्पादन का अनुकूलन।
      1. में दिखाया गया है पर नजर रखने के बिजली मीटर से मापा के रूप में प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर से बिजली लगभग मेगावाट 100 है, इसलिए है कि आंतरिक या प्रत्येक संदर्भ लेजर करने के लिए बाहरी, या तो एक आईरिस समायोजित करेंचित्रा 2।
    3. सीओ 2 संदर्भ पराबैंगनीकिरण से विकिरण अनब्लॉक जबकि एक बीम को रोकने का उपयोग कर सीओ 2 लेजर पंप से विकिरण ब्लॉक।
    4. चालू करें और सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के सह रैखिक किरण पथ में ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर पंक्ति में।
    5. आस्टसीलस्कप पर उत्पादन को देख, इसी तरह 5 चित्रा के लिए, जबकि अधिकतम चोटी से पीक वोल्टेज के लिए कई दर्पण, बीम splitters का उपयोग एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर उत्सर्जन, और एक 2.54 सेमी फोकल लंबाई ZnSe उत्तल लेंस का अनुकूलन ।
    6. सीओ 2 लेजर पंप से विकिरण अनब्लॉक जबकि एक बीम को रोकने का उपयोग कर सीओ 2 संदर्भ पराबैंगनीकिरण से विकिरण ब्लॉक।
    7. पुनः अनुकूलन दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन आस्टसीलस्कप पर मनाया के रूप में एक अधिकतम चोटी से पीक वोल्टेज है, इसलिए है कि आवश्यक के रूप में सीओ 2 लेजर पंप और दूर अवरक्त लेजर,।
    8. डिस्कनेक्ट टीवह आस्टसीलस्कप से डायोड डिटेक्टर का उत्पादन एमआईएम और जिसका उत्पादन एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर मनाया जाता है एक एम्पलीफायर से कनेक्ट।
    9. सीओ 2 संदर्भ पराबैंगनीकिरण से विकिरण मै।
    10. सीओ 2 पंप और संदर्भ लेज़रों नियमन ऑप्टिकल हेलिकॉप्टरों निकालें।
    11. एक 40 मेगाहर्ट्ज काल पर स्पेक्ट्रम विश्लेषक सेट और मैन्युअल स्पेक्ट्रम विश्लेषक का समायोजन घुंडी का उपयोग कर इस आवृत्ति रेंज को स्कैन करके 1.5 गीगा वेतन वृद्धि में हरा संकेत के लिए खोज।
    12. कोई हरा संकेत मनाया जाता है, एम्पलीफायर से एमआईएम डायोड का उत्पादन काटना और आस्टसीलस्कप से कनेक्ट।
    13. सीओ 2 संदर्भ पराबैंगनीकिरण से विकिरण ब्लॉक और सीओ 2 लेजर पंप की राह में ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर डालें।
    14. स्पेक्ट्रम विश्लेषक 0 और 12 गीगा के बीच हरा संकेत के लिए खोज करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, जब तक दोहराएँ के रूप में आवश्यक 3.2.13 के माध्यम से 3.2.2 कदम।
    15. कोई हरा संकेत मनाया जाता है, repeहरा संकेत मनाया या सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के सभी संभव सेट किया जाता है तो जब तक सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों का एक और सेट के साथ 3.2.14 के माध्यम से कदम 3.2.2 में समाप्त हो रहे हैं।
  3. सीओ 2 संदर्भ आवृत्तियों स्थिर।
    1. अपने संबंधित प्रतिदीप्ति संदर्भ सेल से संकेत चित्रा 6 में सचित्र मेमने डुबकी के केंद्र में है और इतना है कि पहले सीओ 2 संदर्भ लेजर के पीजेडटी वी 0 के बीच और 900 एक वोल्टेज लागू चित्रा 7 में के रूप में एक आस्टसीलस्कप पर देखा के रूप में।
    2. यह मेमने डुबकी के केंद्र के लिए बंद रहता है तो यह है कि एक कस्टम बनाया लॉक-इन / सहायक एम्पलीफायर का उपयोग कर पहली सीओ 2 संदर्भ लेजर के पीजेडटी के लिए लागू प्रतिक्रिया वोल्टेज को सक्रिय करें।
    3. दोहराएँ 3.3.1 और दूसरे सीओ 2 संदर्भ लेजर के लिए 3.3.2 कदम।
    4. दिखने में एन के लिए, चित्रा 7 के रूप में, एक आस्टसीलस्कप पर पूर्व amp के उत्पादन पर नजरयकीन संदर्भ लेज़रों बंद रहता है।
  4. हरा आवृत्ति का मापन।
    1. स्पेक्ट्रम विश्लेषक प्रदर्शन पर हरा संकेत केंद्र और प्रदर्शन पर इसके आकार को अधिकतम करने के लिए अपनी आयाम को समायोजित।
    2. का उपयोग करते हुए (दोनों ट्रेस 1 के लिए स्पष्ट लिखें सुविधा का चयन करके, 8 चित्रा में के रूप में हराया संकेत के एक साथ दो निशान, देखने के लिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक सेट और अन्य अधिकतम संकेत रिकॉर्ड होगा, जबकि तात्कालिक संकेत प्रदर्शित करेगा 2. एक ट्रेस ट्रेस दूसरे का पता लगाने के लिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर एक मैक्स पकड़ सुविधा)।
    3. एक दिया गुहा मोड के लिए आगे और पीछे लाभ वक्र भर में दूर अवरक्त लेजर गुहा पर माइक्रोमीटर डायल घुमाएँ।
    4. एक सममित पैटर्न प्राप्त हो जाने के बाद दूसरे नंबर पर (अधिकतम होल्ड) ट्रेस फ्रीज करने के लिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर दृश्य सुविधा का प्रयोग करें।
    5. थोड़ा दूर अवरक्त लेजर गुहा की लंबाई कम करने के लिए माइक्रोमीटर डायल दक्षिणावर्त बारी बारी से। इसके साथ ही बाद के चरणों का निरीक्षणकारण दूर अवरक्त लेजर की आवृत्ति में इस मामूली वृद्धि करने के लिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर हरा आवृत्ति में छोटा सा बदलाव equent।
    6. स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर डेल्टा की सुविधा के साथ मार्कर समारोह का उपयोग सममित पैटर्न (अधिकतम होल्ड ट्रेस) के आधे से अधिक अंक पर पूरी चौड़ाई में मार्कर रखें।
    7. स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर स्पैन जोड़ी सुविधा का उपयोग कर हरा संकेत के केंद्र आवृत्ति उपाय।
    8. दोहराएँ 3.4.7 के माध्यम से 3.4.1 कदम।
    9. इसके केंद्र आवृत्ति से प्रत्येक लेजर अनलॉक और प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर फिर से अनुकूलन करने के लिए प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर के लिए / सहायक एम्पलीफायर में ताला छुड़ाना।
    10. 3.3.4 के माध्यम से कदम 3.3.1 का उपयोग करते हुए संदर्भ लेज़रों फिर से ताला।
    11. दोहराएँ 6 माप की कुल के लिए 3.4.10 के माध्यम से 3.4.1 कदम। एक बार जब पूरा, इसके केंद्र आवृत्ति से प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर अनलॉक।
    12. इन हरा fre का उपयोग कर दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन के संशोधित आवृत्ति की गणनाquencies सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के दूसरे सेट के लिए एक सटीक भविष्यवाणी प्राप्त करने के लिए।
    13. जिनकी आवृत्ति अंतर दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन के लिए गणना की आवृत्ति के कई गीगा के भीतर है सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों का एक अलग सेट को पहचानें।
    14. एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के अगले सेट अनुकूलन और आवश्यक के रूप में 3.2.15 के माध्यम से कदम 3.2.2 का उपयोग कर हरा संकेत प्राप्त करते हैं।
    15. 3.3.4 के माध्यम से कदम 3.3.1 का उपयोग कर सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के नए सेट ताला।
    16. दोहराएँ 6 माप की कुल के लिए 3.4.10 के माध्यम से 3.4.1 कदम। एक बार जब पूरा, इसके केंद्र आवृत्ति से प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर अनलॉक।
    17. सम्मिलित किरण सीओ 2 पंप और संदर्भ लेज़रों के रास्तों में बंद हो जाता है।
  5. दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति की गणना।
    1. होना मापा का उपयोग कर, प्राथमिकी ν, अज्ञात दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति की गणनासंबंध के माध्यम से आवृत्ति पर
      प्राथमिकी = | ν सीओ 2 (मैं) -ν सीओ 2 (द्वितीय) | ± | ν हरा | Eq। 1
      जहां | ν सीओ 2 (मैं) -ν सीओ 2 (द्वितीय) | ν हरा | | दो सीओ 2 संदर्भ लेजर और द्वारा संश्लेषित अंतर आवृत्ति की भयावहता है हरा आवृत्ति की भयावहता है। Eq में ± संकेत है। एक कदम 3.4.5 से प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाता है।
    2. एक औसत आवृत्ति प्राप्त करें और गणनाअनिश्चितता।

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Representative Results

उल्लेख किया है, एक दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन के लिए सूचना दी आवृत्ति सीओ 2 संदर्भ लेजर लाइनों के कम से कम दो अलग अलग सेट के साथ प्रदर्शन में कम से कम बारह माप के एक औसत है। तालिका 2 का उपयोग करते समय 235.5 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन के लिए दर्ज आंकड़ों की रूपरेखा 9 पी 04 सीओ 2 लेजर पंप। इस सुदूर इन्फ्रारेड लेजर उत्सर्जन के लिए, हरा आवृत्ति के चौदह अलग-अलग माप दर्ज किए गए। 9 आर 10 और 9 पी 38 सीओ 2 संदर्भ लेजर उत्सर्जन का उपयोग करते समय माप का पहला सेट दर्ज किए गए। दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति थोड़ा बढ़ गया था के रूप में कदम 3.4.5 के लिए, हरा आवृत्ति भी बढ़ाने के लिए मनाया गया। यह दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति के बीच अंतर आवृत्ति की भयावहता से अधिक था इंगित करता है 9 आर 10 और 9 पी 38 सीओ 2 संदर्भ लेजर, | ν सीओ 2 (मैं) -ν सीओ 2 (द्वितीय) |। इसलिए साइन ओ1 समीकरण में हरा आवृत्ति च सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के इस सेट के लिए सकारात्मक था। इसके विपरीत, माप के दूसरे सेट 9 आर 16 और 9 पी 34 सीओ 2 संदर्भ लेजर उत्सर्जन का इस्तेमाल किया। कदम 3.4.5 प्रदर्शन किया गया था जब दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति थोड़ी वृद्धि हुई थी, जबकि, हरा आवृत्ति में कमी देखी गई। यह दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति 9 आर 16 और 9 पी 34 सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के बीच अंतर आवृत्ति की भयावहता से भी कम था इंगित करता है। इसलिए, सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के इस सेट के लिए 1 समीकरण में हरा आवृत्ति के हस्ताक्षर नकारात्मक था। Ν प्राथमिकी 2 टेबल, गणना दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति, में सचित्र, दोनों स्थितियों के लिए एक ± 0.12 मेगाहर्ट्ज एक-सिग्मा मानक विचलन के भीतर करने के लिए ही बने रहे।

इस प्रयोगात्मक तकनीक के साथ निर्धारित औसत दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों में सूचीबद्ध हैं 2 पंप लाइन के क्रम में व्यवस्थित कर रहे हैं। औसत लेजर आवृत्तियों 1 सेमी -1 = 29 979.2458 मेगाहर्ट्ज उपयोग कर की गणना उनके इसी तरंगदैर्ध्य और तरंग संख्या के साथ रिपोर्ट कर रहे हैं। सभी दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों इष्टतम ऑपरेटिंग शर्तों के तहत मापा गया। इस जांच के दौरान कई पहले से सूचना दी आवृत्तियों मापा गया और प्रकाशित मूल्यों के साथ समझौते में होना पाया गया है। 7 - एक-सिग्मा आंशिक अनिश्चितता, Δν, इस तकनीक के साथ मापा का दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों ± 5 × 10 है। इस अनिश्चितता इस प्रणाली, दूर अवरक्त लेजर की चौड़ी लाभ वक्र की समरूपता और चौड़ाई, और माप 4,25,31 की परिशुद्धता के साथ जाना जाता आवृत्तियों के reproducibility से ली गई है।

इस जांच के दौरान पता चला दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन डब्ल्यू एंड 'की एक ताकत है मनाया गया# 8217; 0.001 से 0.01 मेगावाट बिजली में एक श्रृंखला के लिए इसी। तुलना के लिए, मेथनॉल के 118.8 मीटर लाइन इसके अतिरिक्त 18 डब्ल्यू के एक शक्ति होने 9 पी 36 सीओ 2 पंप का उपयोग करते समय थोड़ा 10 मेगावाट के ऊपर एक शक्ति के साथ वीवीएस होने के लिए इस प्रणाली के साथ मनाया गया, 3 टेबल प्रत्येक नए ध्रुवीकरण शामिल दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन अपने संबंधित सीओ 2 लेजर पंप के सापेक्ष मापा। ज्यादातर मामलों में, केवल एक ध्रुवीकरण सीओ 2 लेजर पंप करने के लिए, एक को हावी ध्रुवीकरण समानांतर या सीधा या तो मनाया गया। कोई प्रमुख ध्रुवीकरण मनाया गया जहां स्थितियों के लिए, दोनों polarizations सूचीबद्ध किया गया है।

संक्षेप में, आठ दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन एक अनुप्रस्थ पम्पिंग ज्यामिति होने के एक ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर प्रणाली का उपयोग कर difluoromethane द्वारा उत्पन्न किया गया। यह 235.5, 335.9, 416.8 और माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य रहा है तीन दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की खोज भी शामिल है। पता चला है एक बार,तीन लेजर heterodyne तकनीक प्रत्येक दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन मनाया लिए आवृत्ति को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इन लेजर उत्सर्जन के लिए आवृत्तियों 0.359 से 1,273 THz को लेकर और 10 7 में ± 5 भागों का आंशिक अनिश्चितताओं से रिपोर्ट कर रहे हैं।

आकृति 1
चित्रा 1. एक कार्बन डाइऑक्साइड लेजर पंप और एक दूर अवरक्त लेजर गुहा से मिलकर ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर प्रणाली के योजनाबद्ध आरेख। दूर अवरक्त लेजर मध्यम एक अनुप्रस्थ पम्पिंग ज्यामिति का उपयोग उत्साहित है। रेफरी से मामूली संशोधनों के साथ पुनर्प्रकाशित। स्प्रिंगर विज्ञान और बिजनेस मीडिया से रज़ामंदी के साथ 15। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


तीन लेजर heterodyne आवृत्ति माप प्रणाली की चित्रा 2. योजनाबद्ध आरेख। Heterodyne प्रणाली एक अनुप्रस्थ पम्पिंग ज्यामिति और दो ​​अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड संदर्भ लेसरों का उपयोग ऑप्टिकली पंप आणविक लेजर भी शामिल है। नहीं दिखाया प्रत्येक लेजर द्वारा उत्पन्न विकिरण की निगरानी और स्थिर करने के लिए इस्तेमाल किया इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों रहे हैं। © [2015] आईईईई। रेफरी से मामूली संशोधनों और अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित। 27. यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. एक आवर्धक लेंस के माध्यम से देखा के रूप में एमआईएम बिंदु संपर्क डायोड डिटेक्टर में इस्तेमाल टंगस्टन तार।तार की लंबाई लगभग 2 मिमी है। सर्वश्रेष्ठ वसंत कार्रवाई के लिए, मोड़ में कोण 90 ओ के पास होना चाहिए और सभी एक ही विमान में झूठ बोलते हैं।

चित्रा 4
चित्रा 4. आस्टसीलस्कप प्रदर्शन पर देखा के रूप में 9 पी 04 सीओ 2 लेजर पंप का उपयोग कर ऑप्टिकली पंप सीएच 2 के 274.8 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन एफ 2 से उत्पन्न तरंग। सीओ 2 पंप विकिरण लगभग 45 पर परिचालन एक ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर से ठीक किया जाता है हर्ट्ज। एमआईएम डायोड डिटेक्टर का प्रतिरोध लगभग 100 है और संकेत लगभग 6 μV (पीक से पीक) है। आस्टसीलस्कप प्रदर्शन 10 μV / विभाजन पर सेट किया जाता है।

चित्रा 5
चित्रा 5. छोड़ दिया औरद्वारा मापा के रूप में मध्य फोटो, आस्टसीलस्कप पर क्रमशः। संबंधित संग्राहक संकेत लगभग एम वी बिजली की (पीक से पीक) के बारे में 100 के लिए मेगावाट, 4 प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर से उत्पादन, 9 आर 16 और 9 पी 34 दिखाने निगरानी के बिजली मीटर। सही तस्वीर दोनों संदर्भ पराबैंगनीकिरण से संयुक्त संकेत दो संदर्भ संकेतों को ठीक से एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर मिश्रण कर रहे हैं का संकेत लगभग 7 एम वी (पीक से पीक) होने का पता चलता है। एमआईएम डायोड डिटेक्टर का प्रतिरोध लगभग 100 Ω है। प्रत्येक तस्वीर में आस्टसीलस्कप प्रदर्शन 1 एम वी / विभाजन पर सेट किया जाता है। सीओ 2 विकिरण लगभग 70 हर्ट्ज पर परिचालन एक ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर से ठीक किया जाता है।

चित्रा 6
चित्रा 6. कम दबाव में संतृप्त प्रतिदीप्ति संकेत (6 पा) सीओ 2 9 आर 24 सीओ 2 का उपयोग करते हुएलेजर उत्सर्जन। यह ग्राफ सीओ 2 संदर्भ लेजर के पीजेडटी के लिए लागू वोल्टेज के बारे में 13 मिनट में लगभग 570 वी 0 से ramped है, जबकि 52 हर्ट्ज पर एक बाहरी हेलिकॉप्टर के माध्यम से सीओ 2 संदर्भ लेजर उत्सर्जन नियमन द्वारा प्राप्त की है। लॉक-इन एम्पलीफायर एक 300 मिसे समय लगातार सेट करने के लिए किया जाता है और एक 200 एम वी संवेदनशीलता। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. कम दबाव में संतृप्त प्रतिदीप्ति संकेत (6 पा) सीओ 2 एक आस्टसीलस्कप पर देखा के रूप में 9 आर 24 सीओ 2 लेजर उत्सर्जन का उपयोग करते समय। पीजेडटी वोल्टेज के केंद्र से दूर है जब बाएं तस्वीर आस्टसीलस्कप प्रदर्शन को इंगित करता है मेमने डुबकी, वीं में लगभग 80 वीतस्वीर है। पीजेडटी वोल्टेज लगभग है, या तो तुरंत मेमने डुबकी के केंद्र के छोड़ दिया है या सही करने के लिए 278 और इन तस्वीरों में क्रमश: 295 वी है जब मध्य और सही तस्वीर आस्टसीलस्कप प्रदर्शन से संकेत मिलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

आंकड़ा 8
चित्रा 8. 9 पी 04 सीओ 2 लेजर पंप और 9 आर 16 और 9 पी 34 सीओ 2 संदर्भ लेसरों का उपयोग ऑप्टिकली पंप सीएच 2 के 235.5 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन एफ 2 के बीच हरा संकेत। लगभग 25 मेगाहर्ट्ज की अवधि आम तौर पर है इस्तेमाल किया। हरा संकेतों के बहुमत ± 5 गीगा भीतर मनाया जाता है। हालांकि, एक कम संकेत हैं कि इन खोज मापदंडों के भीतर निश्चित आवृत्ति क्षेत्रों देखते हैंशोर। इसलिए, एक थोड़ा बड़ा खोज क्षेत्र का उपयोग कर कभी कभी मददगार दिया गया है।

9 चित्रा
गुंजयमान यंत्र के मोड के अनुरूप है कि असतत चोटियों में से एक सेट से मिलकर एक ठेठ लेजर गुंजयमान interferogram (या गुहा स्कैन) की 9 चित्रा भाग, कोई lasing होता है जहां क्षेत्रों से अलग कर दिया। यह स्कैन ऑप्टिकली पंप चौधरी द्वारा उत्पन्न 511.445 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन से पता चलता है 2 एफ 2 9 आर 28 सीओ 2 पंप का उपयोग कर। माइक्रोमीटर स्थिति में कमी दूर अवरक्त लेजर गुहा की लम्बाई (दर्पण-से-दर्पण जुदाई) में कमी करने के लिए मेल खाती है। एमआईएम डायोड इस सुदूर इन्फ्रारेड लेजर उत्सर्जन द्वारा उत्पन्न एक 20 μV चोटी से पीक अधिकतम संकेत का पता चला। डिटेक्टर से उत्पादन लगातार एक 300 मिसे समय पर निर्धारित करते हैं, लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग कर दर्ज की गई और 20 μV था sensitivity, एक कंप्यूटर को interfaced। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

तालिका एक
तालिका 1: जिसका अंतर आवृत्ति ऑप्टिकली पंप सीएच 2 एफ 2 से 235.5 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन के लिए गणना की आवृत्ति के पास है सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के सेट 9 पी 04 सीओ 2 लेजर उत्सर्जन का उपयोग कर उत्साहित हैं।

सारणी 2
तालिका 2: ऑप्टिकली पंप सीएच 2 एफ 2 से 235.5 माइक्रोन लेजर उत्सर्जन के लिए मापा हरा आवृत्तियों 9 पी 04 सीओ 2 लेजर उत्सर्जन का उपयोग कर उत्साहित हैं। सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के दो सेट का उपयोग कर रहे हैंघ जाना जाता फर्क आवृत्ति उत्पन्न करने के लिए (| ν सीओ 2 (मैं) -ν सीओ 2 (द्वितीय) |)।

टेबल तीन
तालिका 3: ऑप्टिकली पंप सीएच 2 एफ 2 से नए दूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों।

तालिका 4
पूरक टेबल एक: कुछ प्रासंगिक वाणिज्यिक घटकों सहित प्रायोगिक प्रणाली के तकनीकी विवरण।

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Discussion

कुछ अतिरिक्त चर्चा की आवश्यकता है कि प्रोटोकॉल के भीतर कई महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं। दूर अवरक्त लेजर तरंग दैर्ध्य जब मापने कदम 2.5.3 में उल्लिखित के रूप में, यह प्रयोग किया जा रहा है दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन का एक ही मोड सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है। एक दूर अवरक्त लेजर तरंग दैर्ध्य के कई मोड (यानी, मंदिर 00, आदि मंदिर 01,) लेजर गुहा के भीतर उत्पन्न किया जा सकता है और इस तरह यह उचित आसन्न गुहा मोड तरंगदैर्ध्य 13,29 को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा की पहचान करने के लिए महत्वपूर्ण है 41। उच्च आदेश मोड को दूर करने में सहायता करने के लिए, irises प्रत्येक लेजर गुहा के भीतर शामिल किए गए हैं। सही रूप में एक दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति को मापने है, यह (मंदिर 00) मोड लेजर, विशेष रूप से सीओ 2 संदर्भ लेजर, उनके मौलिक में काम जरूरी है। Irises भी सममित है स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर दूर अवरक्त लेजर द्वारा पता लगाया पैटर्न सुनिश्चित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। स्थितियों के लिए जहां कई दूर-infrared लेजर तरंग दैर्ध्य 9 पी 04, तरंग दैर्ध्य के साथ calibrated अवशोषित फिल्टर का एक सेट के मामले में, दूर अवरक्त लेजर तरंग दैर्ध्य भेद करने में सहायता करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं, एक विशेष सीओ 2 पंप लाइन द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं। उन्होंने यह भी दूर अवरक्त लेजर गुहा बाहर निकलने किसी भी बिखरे हुए सीओ 2 लेजर विकिरण attenuate करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

धारा 2.4 दूर अवरक्त लेजर विकिरण की पीढ़ी का वर्णन है। कई जांच के दौरान हमने कई अलग तरंग दैर्ध्य थोड़ा अलग पर ही सीओ 2 लेजर पंप सेट के द्वारा उत्पन्न की आवृत्तियों भरपाई हो सकता है कि मिल गया है। इस जांच के दौरान मापा शेष तरंग दैर्ध्य 9 पी 04 से एक से थोड़ा अलग आवृत्ति का उपयोग कर उत्पन्न किया गया है, जबकि उदाहरण के लिए, 9 पी 04 सीओ 2 लेजर पंप एक पंप आवृत्ति पर एफ 2 सीएच 2 के 289.5 और 724.9 माइक्रोन तरंग दैर्ध्य पैदा करने में सक्षम है सीओ 2 लेजर पंप। इस accompl हैइसकी चौड़ी लाभ वक्र (इस प्रयोग में इसके केंद्र आवृत्ति से लगभग ± 45 मेगाहर्ट्ज) के माध्यम से सीओ 2 लेजर पंप की आवृत्ति धुनों कि पीजेडटी के लिए लागू वोल्टेज बदलकर दंडित। विशेष रूप से धारा 2.4 में संबोधित नहीं है, हम इस दूर अवरक्त लेजर विकिरण की तलाश में एक उल्लेखनीय विशेषता है विश्वास।

कई दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन ही ऑफसेट आवृत्ति पर ही सीओ 2 लेजर पंप लाइन द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं, जहां स्थितियों के लिए, एक लेजर गुंजयमान interferogram (या गुहा स्कैन) उत्पन्न किया जा रहा अलग दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन की पहचान करने में सहायता करने के लिए किया जा सकता है । 45 - 9 चित्रा दूर अवरक्त लेजर गुहा लंबाई 42 को कम करने के एक समारोह के रूप में साजिश रची बिजली उत्पादन के साथ एक ठेठ लेजर गुंजयमान interferogram के एक हिस्से को दिखाता है।

खंड 3.4, सीओ 2 के दो अलग सेट के रूप में रेखांकितसंदर्भ लेज़रों दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति को मापने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। यह हरा आवृत्ति के ऊपर या सीओ 2 संदर्भ लेज़रों के बीच उत्पन्न अंतर आवृत्ति नीचे है या नहीं के बारे में अनिश्चितता को खत्म करने में मदद करता है। चुनौतीपूर्ण हो सकता है दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति बढ़ जाती है के रूप में हरा आवृत्ति में मामूली बदलाव को देख जहां कमजोर हरा संकेतों के साथ काम कर रहे हैं जब स्वतंत्र रूप से दूर अवरक्त लेजर आवृत्ति को सत्यापित करने के लिए एक रास्ता प्रदान करने के साथ-साथ, यह विशेष रूप से उपयोगी हो गया है।

एमआईएम डायोड डिटेक्टर इसकी वजह से उच्च गति, संवेदनशीलता, और व्यापक वर्णक्रम कवरेज 23,24 को यह प्रायोगिक प्रणाली के लिए एक आवश्यक घटक है। हालांकि, यांत्रिक अस्थिरता, संवेदनशीलता विद्युत गड़बड़ी के लिए, गरीब reproducibility, और यह इसकी संवेदनशीलता को बनाए रखते हुए पता लगाने में सक्षम है अधिक से अधिक बिजली की एक सीमा भी शामिल है कि एमआईएम डायोड डिटेक्टर के लिए कुछ सीमाएं हैं। दूर अवरक्त लेजर मंगलवार को मापने जबकिequencies, एमआईएम डायोड डिटेक्टर की संवेदनशीलता प्रत्येक सीओ 2 संदर्भ लेजर से बिजली 150 मेगावाट से अधिक हो गई है, तो समय के साथ तेजी से कम पाया गया था।

एमआईएम डायोड डिटेक्टर के अलावा, वर्तमान तकनीक के लिए मुख्य सीमा दूर अवरक्त लेजर 4,31,46 की स्थिरता है। प्रायोगिक प्रणाली के मौजूदा विन्यास में एक सीमा सीओ 2 लेजर पंप की भरपाई आवृत्ति को मापने के लिए असमर्थता है। उल्लेख किया है, ऑफसेट आवृत्ति दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन और सीओ 2 लेजर पंप के केंद्र आवृत्ति उत्पन्न करने के लिए सीओ 2 लेजर पंप द्वारा इस्तेमाल किया आवृत्ति के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है। इस प्रकार यह दूर अवरक्त लेजर माध्यम के अवशोषण आवृत्ति और सीओ 2 लेजर पंप के केंद्र आवृत्ति के बीच अंतर का प्रतिनिधित्व करता है। आमतौर पर, ऑफसेट आवृत्ति आसानी से अनजाने ओ बाहर बिखरे हुए है कि किसी भी सीओ 2 लेजर विकिरण का उपयोग करके मापा जाता हैदूर अवरक्त लेजर गुहा च। हमारे मौजूदा विन्यास में हालांकि बहुत कम सीओ 2 लेजर विकिरण इस तरह के एक माप के लिए उपलब्ध है। ऑफसेट आवृत्ति को मापने के अन्य तरीकों परियोजना के भविष्य पुनरावृत्तियों में शामिल किया जा सकता है। इस जोड़ी को एमआईएम डायोड डिटेक्टर के लिए पंप विकिरण के एक हिस्से को अतिरिक्त बीम splitters और दर्पण का उपयोग भी शामिल है। दूर अवरक्त लेजर उत्सर्जन 25,34 करने के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी संक्रमण बताए जब एक ऑफसेट आवृत्ति की माप के लिए फायदेमंद है।

सुदूर अवरक्त लेजर आवृत्तियों भी दो ऑप्टिकली पंप दूर अवरक्त लेजर और दो ​​दूर अवरक्त लेजर से एक की आवृत्ति में जाना जाता है और संदर्भ आवृत्ति 47 के रूप में प्रयोग किया जाता है जिससे एक एमआईएम डायोड डिटेक्टर पर एक माइक्रोवेव स्रोत heterodyning द्वारा मापा गया है। अधिक सटीकता के साथ दूर अवरक्त आवृत्तियों का उपयोग इस तरह उन discu के समान THz आवृत्ति कंघी संश्लेषण के साथ ही अन्य तकनीकों का उपयोग संभव हैRefs में ssed। 48-54। THz इमेजिंग 55 से THz अनुप्रयोगों में ऑप्टिकली पंप आणविक लेज़रों की भूमिका लेजर आवृत्तियों फैलता मापने, और उसके lasing के साथ जुड़े जटिल स्पेक्ट्रा के विश्लेषण के साथ सहायता में उच्च संकल्प स्पेक्ट्रोस्कोपी 13,20 के लिए THz विकिरण के स्रोत के रूप में अपनी भूमिका मध्यम 19,34,37।

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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.

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References

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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).

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