Waiting
Login processing...

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

Engineering

Karakter Far-infrarød laser Utslipp og måling av frekvensene

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 påfølgende måling av langt infrarød stråling har funnet en rekke programmer i høyoppløselig spektroskopi, radio astronomi, og Terahertz bildebehandling. For omtrent 45 år har dannelsen av sammenhengende, langbølget infrarød stråling er oppnådd ved anvendelse av det optisk pumpede molekylær laser. Når langt infrarød laserstråling blir detektert, blir de frekvenser av disse laser utslipp målt ved anvendelse av en tre-laser heterodyne teknikk. Med denne teknikken er det kjent frekvens fra det optisk pumpet laser molekyl blandet med differansefrekvensen mellom to stabiliserte, infrarøde referansefrekvenser. Disse referansefrekvenser blir generert av uavhengige karbondioksid lasere som hver stabilisert ved hjelp av fluorescens-signalet fra en ytre, lavtrykks-referansecelle. Den resulterende takten mellom de kjente og ukjente laserfrekvensene er overvåket av en metall-isolator-metall-punkts kontakt diodedetektor hvis utgang er observert på et spectrum analysator. Beat frekvens mellom disse laser utslippene blir deretter målt, og kombinert med de kjente referansefrekvenser for å ekstrapolere den ukjente langt infrarød laserfrekvensen. Den resulterende ett-sigma fraksjonert usikkerhet for laser frekvenser måles med denne teknikken er ± 5 deler i 10 7. Nøyaktig å bestemme frekvensen av langbølget infrarød laser-utslipp er kritisk fordi de ofte er brukt som en referanse for andre målinger, som i høy -Oppløsning spektroskopiske undersøkelser av frie radikaler ved hjelp av laser magnetisk resonans. Som en del av denne undersøkelsen, difluormetan, CH2F 2, ble anvendt som den fjerne infrarød laser-medium. I alt ble åtte langt infrarød laser frekvenser målt for første gang med frekvenser som spenner 0,359 til 1,273 THz. Tre av disse laser utslippene ble oppdaget i løpet av denne undersøkelsen og er angitt med sitt optimale driftstrykk, polarisasjon med hensyn til CO 2

Introduction

Målingen av langt infrarød laser frekvenser ble urfremført av Hocker og medarbeidere i 1967. De målte frekvensene for 311 og 337 mikrometer utslipp fra direkte utslipp hydrogencyanid laser ved å blande dem med høyere ordens harmoniske av en mikrobølgeovn signal i en silisiumdiode 1. For å måle høyere frekvenser, ble en kjede av lasere og harmoniske blande enheter brukes til å generere laser harmoniske 2. Til slutt to stabilisert karbondioksid (CO 2) lasere ble valgt til å syntetisere den nødvendige forskjellen frekvenser 3,4. Dag, kan langt infrarød laser frekvenser opp til 4 THz måles med denne teknikken ved å bruke kun den første harmoniske av differansefrekvensen som genereres av to stabilisert CO 2 referanse lasere. Høyere frekvens laser-utslipp kan også måles ved hjelp av den andre harmoniske, slik som 9 THz laser utslipp fra metanol isotopologues CHD 2 OH og CH 3 18 OH. 5,6 Gjennom årene har nøyaktig måling av laser frekvenser påvirket en rekke vitenskapelige eksperimenter 7,8 og tillatt vedtakelsen av en ny definisjon av måleren av Generalkonferansen for mål og vekt i Paris i 1983. 9 - 11

Heterodyn-teknikker, slik som de som er beskrevet, har vært uhyre fordelaktig ved måling av langt infrarød laser frekvenser som genereres av optisk pumpet molekyl lasere. Siden oppdagelsen av den optisk pumpet molekylære laser ved Chang og Bridges 12, tusenvis av optisk pumpet langt infrarød laser utslippene har blitt generert med en rekke laser medier. For eksempel difluoromethane (CH2F 2) og dets isotopologues generere over 250 laser utslipp når optisk pumpet av en CO 2 laser. Deres bølgelengder varierer fra ca 95,6 til 1714,1 mikrometer 13. - 15 Nesten 75% av disse laser utslippene har hatt sine frekvenser målt mens flere har blitt spektroskopisk tildelt 16 - 18.

Disse lasere, og deres nøyaktig målte frekvenser, har spilt en avgjørende rolle i å fremme høy oppløsning spektroskopi. De gir viktig informasjon for infrarøde spektrale studier av lasergasser. Ofte disse laser frekvensene brukes til å verifisere analyse av infrarød og langt infrarød spek fordi de gir forbindelser mellom den opphissede vibrasjons statlige nivåer som er ofte direkte utilgjengelig fra absorpsjonsspektra 19. De kan også brukes som den primære strålingskilde for studier som undersøker transiente kort levetid frie radikaler med lasers magnetisk resonansteknikk 20. Med denne ekstremt følsom teknikk, rotasjons og vibrasjons Zeeman ro-spektra i paramagnetiske atomer, molekyler og ioner kan være molekylære recorded og analysert sammen med evnen til å undersøke reaksjonshastigheter brukes til å lage disse frie radikaler.

I dette arbeidet, en optisk pumpet laser molekyl, vist i figur 1, er blitt brukt til å generere langt infrarød laserstråling fra difluormetan. Dette systemet består av en kontinuerlig bølge (cw) CO to pumpelaser og et langt infrarød laserhulrom. Et speil internt i den langbølget infrarød laserhulrom omdirigerer CO to laserstrålingen nedover polert kobberrøret, gjennomgår tjueseks refleksjoner før terminering ved enden av hulrommet, spredning eventuelle gjenværende pumpestråling. Derfor er langt infrarød laser medium er begeistret ved hjelp av en tverrgående pumping geometri. For å generere laser handling, er flere variabler justeres, noen samtidig, og alle senere blir optimalisert når laserstråler er observert.

I dette eksperimentet er langt infrarød laserstråling overvåkes av en metall-Insulator-metal (MIM) punkts kontakt diode detektor. Den MIM diodedetektoren har vært brukt for laserfrekvensmålinger siden 1969. 21 - 23 På laserfrekvensmålinger, er den MIM diodedetektoren en harmonisk blander mellom to eller flere strålingskilder er innfallende på diode. Den MIM diode detektoren består av en skjerpet Wolfram ledning kontakter en optisk polert nikkel basen 24. Den nikkelbasis har en naturlig forekommende tynt oksydlag som er det isolerende laget.

Når en laseremisjons ble detektert, ble dens bølgelengde, polarisering, styrke og optimalisert driftstrykk registreres mens frekvensen ble målt ved bruk av tre-laser heterodyne teknikk 25-27 følge den metode som opprinnelig er beskrevet i Ref. 4. Figur 2 viser det optisk pumpet laser molekyl med to ekstra cw CO 2 lasere som har uavhengige referansefrekvens stabilization systemer som benytter Lammet dukkert i 4,3 mikrometer fluorescens signal fra en ekstern, lavtrykk referansecelle 28. Dette manuskriptet skisserer fremgangsmåten som brukes for å søke etter langt infrarød laser-utslipp, så vel som fremgangsmåte for å estimere deres bølgelengde og i nøyaktig bestemmelse av deres frekvens. Nærmere om de tre-laser heterodyn teknikk samt de ulike komponenter og driftsparametere i systemet kan bli funnet i Opplysning tabell A sammen med referanser 4, 25-27, 29 og 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Planlegging av eksperimenter

  1. Gjennomføre en undersøkelse av litteraturen for å vurdere før arbeidet utføres ved hjelp av laser medium av interesse, som for dette eksperimentet er CH2F to. Identifisere alle kjente laser utslipp sammen med all informasjon om linjene som deres bølgelengde og frekvens. Flere undersøkelser av kjente laser utslipp er tilgjengelige 13,31 - 37.
  2. Kompilere alle spektroskopiske undersøkelser av molekylet brukt som laser medium med fokus på tidligere Fourier transform 34 og optoacoustic studier 38,39.

2. Generering Far-infrarød laser Utslipp

  1. Sikkerhet Oversikt.
    1. Utvikle en standard prosedyre for laboratoriet som inkluderer riktig øyebeskyttelse når du jobber med CO 2 og langt infrarød lasersystemer.
  2. Justering og kalibrering.
    1. Kalibrere hver CO 2 laser ved hjelp av et gitterbasert spektrum analysator konstruert for CO 2 laser i henhold til produsentens protokoll.
    2. Juster ende speil og koblings speilet i langt infrarød laser hulrom ved hjelp av en He-Ne laser slik at deres stråling er fokusert på MIM diode detektoren.
    3. Direkte stråling fra CO to pumpelaser til den fjerne infrarød laserhulrom gjennom et natriumklorid vindu i en vinkel på ca 72 o i forhold til hulrommet akse.
    4. Direkte strålingen fra de to CO 2 referanse lasere til enten deres respektive lavtrykk fluorescens referansecelle eller co-lineært ut mot MIM diode detektoren ved hjelp stråledelere og ekstra speil.
  3. Påvisning av langt infrarød laser stråling.
    1. Polere Nickel basen hver flere dager ved å bruke en standard metall polish.
    2. Crimp en 25 mikrometer wolfram ledning inn i en kobber innlegg og bøye ledningen inn i configurasjon vist i figur 3.
    3. Justere lengden av tråden, slik at det er mellom 10 til 20 bølgelengder av den stråling som skal måles.
    4. Elektrokjemisk etse tuppen av tråden i en mettet natrium-hydroksyd (NaOH) -løsning ved å påtrykke en spenning (ca. 3,5 til fem VAC) til løsningen.
    5. Re-etse spissen med en lav spenning (mindre enn 1 VAC). Denne ru tuppen av tråden og forbedrer diode ytelse.
    6. Skyll ledningen med destillert vann.
    7. Sett kobber innlegget inn i MIM diode boliger når ledningen er tørr.
    8. Plassere kabelen i kontakt med nikkelbasis ved hjelp av en fin skrue og nivå-system. Kontakter som ga en motstand over dioden mellom 100 og 500 Ω brukes vanligvis ved detektering og måling langt infrarød laserstråling.
  4. Generasjon av langt infrarød laser stråling.
    1. Sett CO 2 pumpe laser på en bestemt laser emission, f.eks., 9 P 36.
    2. Drei måleuret på CO 2 pumpe laseren fram og tilbake for å oppnå maksimal intensitet på strålen stopp.
    3. Juster vinkelen på CO 2 pumpe laserens rist for å oppnå maksimal intensitet på strålen stopp.
    4. Gjenta trinn 2.4.2 og 2.4.3 til utgangseffekt for CO 2 pumpe laser vises optimalisert på bjelken stopp.
    5. Fjern bjelken stopp fra banen til CO 2 pumpe laser.
    6. Slå på og justere den optiske helikopter i strålegangen av CO 2 pumpe laser.
    7. Åpne ventilen på CH2F to sylinder å innføre langt infrarød laser medium til langt infrarød laser hulrom.
    8. Juster doseringsventilen på innløpsledningen inntil et trykk på ca. 10 Pa er oppnådd.
      Merk: Bare den tilnærmede trykk er nødvendig, siden den brukes som en måte for systematisk å skanne langt infrarød laser cavity.
    9. Angi posisjonen for utgangs kopleren slik at dens ytterste spiss er omtrent 1 cm fra midten av laserhulrommet som angitt ved en kalibrert skala på utsiden av laserhulrommet.
      Merk: Bare den omtrentlige plasseringen er nødvendig siden den brukes som en måte å systematisk skanning av langt infrarød laser hulrom.
    10. Justere posisjonen til det bevegbare langt infrarød laserspeilet i løpet av ca. 0,25 mm intervaller ved å rotere den kalibrerte måleuret frem og tilbake. Samtidig justere frekvensen til CO to pumpelaser gjennom dens forsterkningskurve ved å endre spenningen som påtrykkes over den CO to pumpelaser s piezoelektrisk transduser (PZT).
    11. Hvis ikke noe signal observeres på oscilloskop skjermen, gjenta trinn 2.4.10 med utgangskobler flyttes til sin neste stilling hvor spissen er omtrent 1,5 cm fra midten av laserhulrommet som angitt ved en kalibrert skala på utsiden av laser hulrom.
    12. Hvis ikke noe signal observeres på oscilloskop skjermen, gjenta trinn 2.4.10 med utgangskobler flyttes til sin neste stilling hvor spissen er ca 2 cm fra midten av laserhulrommet som angitt ved en kalibrert skala på utsiden av laser hulrom.
    13. Hvis ingen signal er observert på oscilloskop Gjenta trinn 2.4.9 gjennom 2.4.12 med en langt infrarød laser press på ca 19 Pa som justeres med måleventil på inntaksledningen.
    14. Hvis ingen signal er observert på oscilloskop Gjenta trinn 2.4.9 gjennom 2.4.12 med en langt infrarød laser trykk på ca 27 Pa som justeres med måleventil på inntaksledningen.
    15. Hvis ikke noe signal observeres på oscilloskop skjerm, kopler strålen stopp inn i banen til CO to pumpelaser og stenge ventilen på CH2F to sylinder inntil den fjerne infrarød laser trykket er ca. 0 Pa.
    16. Sett CO 2 pumpelaser til neste laser utslipp, for eksempel 9 P 34, og optimalisere utgangseffekten ved å bruke trinn 2.4.2 via 2.4.4.
    17. Gjenta trinn 2.4.5 gjennom 2.4.16 til alle utslipp som genereres av CO 2 pumpe laser brukes. Når du søker etter langt infrarød laserlinjer, har fokus på CO 2 pumpe laser utslipp som frekvenser overlapper med noen absorpsjon regioner identifisert i trinn 1.2.
  5. Karakter langt infrarød laser utslipp.
    1. Juster Samtidig trykket av langbølget infrarød lasermediet, den spenning som påtrykkes den CO to pumpelaser s PZT, og posisjonen av utgangs kopleren inntil den fjerne infrarød laseremisjons største utgangseffekt er maksimert (bestemt ved en maksimal topp-til- toppsignalet fra MIM diodedetektor som observert på oscilloskop skjerm, tilsvarende figur 4).
    2. Drei måleuret klokken til langt infrarød laser utslipp er observert påoscilloskop skjermen. Spill posisjonen til måleuret.
    3. Drei måleuret med klokken for ytterligere 20 moduser som tilsvarer det samme langt infrarød laser utslipp. Spill posisjonen til måleuret.
    4. Trekk fra posisjonen til måleuret i trinn 2.5.2 og 2.5.3. Dele denne forskjell ved 10 for å oppnå den bølgelengden av langbølget infrarød laseremisjon.
    5. Gjenta trinn 2.5.2 gjennom 2.5.4 totalt fem ganger, og gjennomsnittlig bølgelengden for det langbølget infrarød laseremisjon. Gjennomsnittlig laserbølgelengder, målt ved å gå gjennom minst 20 tilstøtende langsgående modi har et en-sigma usikkerhet på ± 0,5 um.
    6. Mål polarisering av langbølget infrarød laserstråling, i forhold til CO to pumpestråling, enten ved hjelp av en gulltråd-nett polarisator (394 linjer / cm) eller en Brewster polarisator.

3. Bestemme langt infrarød laser Frekvenser

  1. Identifisereing CO 2 henvisning laser utslipp.
    1. Beregn frekvensen for langt infrarød laseremisjons basert på den målte bølgelengde.
    2. Identifisere sett av CO 2 referanselaserlinjer hvis frekvens forskjellen er innenfor flere GHz av den beregnede frekvensen for langt infrarød laser utslipp 40. En typisk liste som brukes for slike målinger er vist i tabell 1.
  2. Søker etter den heterodyne takt signal.
    1. Identifisere det første settet av CO to referanselaserlinjer og sette hver CO 2 laser referanse på sine respektive laseremisjon.
    2. Optimalisere utgangseffekt for hver CO 2 henvisning laser ved å bruke trinn 2.4.2 gjennom 2.4.4 og skjermen strømmåleren.
      1. Juster en iris, enten internt eller eksternt i forhold til hvert referanse laser, slik at strømmen fra hver referanse CO 2 laser er omtrent 100 mW som måles av monitoren kraftmåler er vist iFigur 2.
    3. Blokkere stråling fra CO 2 pumpe laser bruker en bjelke stopp mens unblocking strålingen fra CO 2 referanse lasere.
    4. Slå på og justere den optiske helikopter inn i co-lineær strålebanen av CO 2 referanse lasere.
    5. Optimaliser for maksimal topp-til-topp spenning hvert CO to referanselaseremisjons på MIM diodedetektor ved bruk av flere speil, stråledelere, og en 2,54 cm brennvidde ZnSe plano-konveks linse mens observere resultatet på oscilloskop, i likhet med figur 5 .
    6. Blokkere stråling fra CO 2 referanse lasere som bruker en stråle Stopp mens unblocking strålingen fra CO 2 pumpe laser.
    7. Re-optimalisere CO to pumpelaser og den fjerne infrarød laser, som nødvendig, slik at den fjerne infrarød laseremisjons har en maksimal topp-til-topp spenning som observert på oscilloskop.
    8. Koble than MIM diode detektorens utgang fra oscilloskop og koble den til en forsterker hvis utgang er observert på en spektrum analysator.
    9. Unblock strålingen fra CO 2 referanse lasere.
    10. Fjern de optiske helikoptre modulerende CO 2 pumpe- og referanse lasere.
    11. Sett spektrum analysator på en 40 MHz span og søk etter beat signal i trinn 1,5 GHz ved manuell skanning av dette frekvensområdet ved hjelp av spektrum analysator tilpasning knott.
    12. Hvis ingen rytme signal er observert, kobler MIM diode utgang fra forsterkeren og koble den til oscilloskop.
    13. Blokkere stråling fra CO 2 referanse lasere og sett den optiske helikopter inn i banen til CO 2 pumpe laser.
    14. Gjenta trinn 3.2.2 gjennom 3.2.13 som nødvendig til spektrum analysator har blitt brukt for å søke etter takten signal mellom 0 og 12 GHz.
    15. Hvis ingen rytme signal er observert, Repepå trinn 3.2.2 gjennom 3.2.14 med et annet sett med CO 2 referanselaserlinjene til enten takt signal er observert eller alle mulige sett av CO 2 referanselaserlinjene er oppbrukt.
  3. Stabilisere CO 2 referanse frekvenser.
    1. Anvende en spenning mellom 0 og 900 V til den første CO to referanselaser PZT slik at signalet fra sin respektive fluorescens referansecelle er i sentrum av Lamb dip, illustrert i figur 6, og som vises på et oscilloskop som i figur 7.
    2. Aktiver tilbakemeldinger spenning på første CO 2 henvisning laserens PZT bruke en tilpasset bygget lock-in / servo forsterker slik at den forblir låst til midten av Lammets dukkert.
    3. Gjenta trinn 3.3.1 og 3.3.2 for andre CO 2 henvisning laser.
    4. Visuelt overvåke produksjonen av pre-amp på et oscilloskop, som på figur 7, til enat referanse lasere forblir låst.
  4. Måling av valdet frekvens.
    1. Sentrer takt signal på spektrum analysator skjermen og justere sin amplitude å maksimere sin størrelse på skjermen.
    2. Sett spektrum analysator for å se to samtidige spor av valdet signal, som i Figur 8, ved å velge Clear Write funksjonen for både Trace en og Trace 2. Ett spor vil vise momentant signal mens den andre vil ta opp maksimalt signal (ved hjelp en Max Hold funksjon på spektrum analysator for andre spor).
    3. Drei måleuret på langt infrarød laser hulrom og tilbake over forsterkningskurven for en gitt hulrom modus.
    4. Bruk Vis-funksjonen på spektrum analysator å fryse den andre (Max Hold) sporløst en gang en symmetrisk mønster er oppnådd.
    5. Litt rotere måleuret klokken for å redusere lengden på langt infrarød laser hulrom. Samtidig observerer ubåterequent liten forskyvning i takt frekvensen på spektrum analysator på grunn av denne svak økning i frekvensen til det langbølget infrarød laser.
    6. Plasser markører på hele bredden på halv maksimalt med poeng i den symmetriske mønster (Max Hold spor) ved hjelp av markør funksjonen med Delta-funksjonen på spektrum analysator.
    7. Mål senterfrekvensen til svevningssignal ved hjelp av Span Pair funksjonen på spektrum analysator.
    8. Gjenta trinn 3.4.1 via 3.4.7.
    9. Frigjøre låsen inn / servo forsterker for hver CO 2 henvisning laser for å låse opp hver laser fra sitt senter frekvens og re-optimalisere hver CO 2 henvisning laser.
    10. Re-låse referanse lasere bruke trinn 3.3.1 via 3.3.4.
    11. Gjenta trinn 3.4.1 gjennom 3.4.10 for totalt 6 målinger. Når prosessen er ferdig, låse opp hvert CO 2 henvisning laser fra sitt senter frekvens.
    12. Beregn den reviderte frekvensen til langt infrarød laser utslipp ved hjelp av disse takt frefrekvenser for å oppnå et nøyaktig anslag for det andre sett av CO to referanselaserlinjer.
    13. Identifisere et annet sett med CO 2 referanselaserlinjer hvis frekvens forskjellen er innenfor flere GHz av beregnet frekvens for langt infrarød laser utslipp.
    14. Optimalisere det neste settet med CO 2 henvisning laserlinjer på MIM diode detektor og få rytmen signal ved å bruke trinn 3.2.2 gjennom 3.2.15 som nødvendig.
    15. Lås nytt sett av CO 2 henvisning laserlinjer ved å bruke trinn 3.3.1 via 3.3.4.
    16. Gjenta trinn 3.4.1 gjennom 3.4.10 for totalt 6 målinger. Når prosessen er ferdig, låse opp hvert CO 2 henvisning laser fra sitt senter frekvens.
    17. Sett bjelke stopper i banene av CO 2 pumpe- og referanse lasere.
  5. Beregning av langt infrarød laser frekvens.
    1. Beregn ukjent langt infrarød laser frekvens, ν FIR, ved hjelp av den målte værepå frekvens gjennom relasjonen
      FIR = | v CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | ν takt | Eq. 1
      hvor | v CO2 (I) -ν CO2 (II) | er størrelsen av differansefrekvensen syntetisert ved hjelp av de to CO 2 lasere og referanse | v takt | er størrelsen av beat frekvens. Den ± skilt i Eq. 1 bestemmes eksperimentelt fra trinn 3.4.5.
    2. Skaff en gjennomsnittlig frekvens og beregneusikkerhet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Som nevnt med hensyn til frekvens rapportert for en bølget infrarød laseremisjons er et gjennomsnitt på minst tolv målinger utføres på minst to forskjellige sett med CO to referanselaserlinjer. Tabell 2 gir en oversikt over data registrert på 235,5 um laseremisjons ved bruk av 9 P 04 CO 2 pumpe laser. For dette langt infrarød laser utslipp, ble fjorten individuelle målinger av valdet frekvens registrert. Det første sett av målinger utført ved bruk av 9 R 10 og 9 P 38 CO 2 laser henvisning utslipp. For trinn 3.4.5, som er langt infrarød laser frekvens ble økt noe, i takt frekvensen ble også observert å øke. Dette indikerer den fjerne infrarød laserfrekvensen var større enn størrelsen av differansefrekvensen mellom 9 R 10 og 9 P 38 CO 2 lasere referanse, | v CO2 (I) -ν CO2 (II) |. Derfor tegnet of beat frekvensen i ligning 1 var positiv for dette settet av CO 2 referanse lasere. Omvendt, det andre settet med målinger brukte 9 R 16 og 9 P 34 CO to referanselaser utslipp. Når trinn 3.4.5 ble utført, ble en nedgang i takt frekvens observert mens den langt infrarød laser frekvens ble økt noe. Dette indikerer den fjerne infrarød laserfrekvensen var mindre enn størrelsen av differansefrekvensen mellom 9 R 16 og 9 P 34 CO 2 referanse lasere. Derfor, for dette settet av CO 2 referanse lasere tegnet av valdet frekvens i ligning 1 var negativ. Som illustrert i tabell 2, den beregnede langt infrarød laser frekvens, ν FIR, for begge situasjoner forble det samme til innenfor ± 0,12 MHz ett-sigma standardavvik.

De gjennomsnittlige langt infrarød laser frekvenser bestemmes med denne eksperimentelle teknikken er oppført i 2 pumpeledning. De gjennomsnittlige laser frekvenser er rapportert med deres tilsvarende bølgelengde og bølgetall, beregnet med 1 cm -1 = 29 979,2458 MHz. Alle langt infrarød laser frekvensene ble målt under optimale driftsforhold. Gjennom denne undersøkelsen, flere tidligere rapporterte frekvenser ble målt og ble funnet å være i overensstemmelse med de publiserte verdier. Den ene-sigma fractional usikkerhet, Δν, av langt infrarød laser frekvenser målt med denne teknikken er ± 5 × 10 - 7. Denne usikkerheten er avledet fra reproduserbarheten av kjente frekvenser med dette systemet, symmetri og bredden av det utvidede forsterkningskurven for langt infrarød laser, og presisjonen av målingene 4,25,31.

De langt infrarød laser utslipp oppdaget under denne undersøkelsen ble observert å ha en styrke på 'W &# 8217; svarende til et område i kraft fra 0,001 til 0,01 mW. For sammenligning ble 118,8 um linjen metanol observert med dette systemet for å være VVS med en kraft i overkant av 10 mW ved bruk av 9 P 36 CO 2 pumpe med en effekt på 18 W. I tillegg, Tabell 3 inneholder den polariseringen av hver nye langt infrarød laseremisjons måles i forhold til dens respektive CO to pumpelaser. I de fleste tilfeller ble det observert bare en polarisasjon til å dominere, enten en polarisering parallelt med eller vinkelrett på CO to pumpelaser. For situasjoner der ingen dominerende polarisering ble observert, har begge polarizations blitt oppført.

I sum, ble åtte langt infrarød laser-utslipp som genereres av difluormetan hjelp av et optisk pumpet molekylær laser-system med en tverr pumping geometri. Dette omfatter funn av tre langt infrarød laser utslipp med bølgelengder av 235,5, 335,9 og 416,8 nm. Når oppdaget,de tre heterodyn-laserteknikk ble brukt til å måle frekvensen for hver observert langbølget infrarød laseremisjon. Frekvensene for disse laser utslipp varierte 0,359 til 1,273 THz og rapporteres med brøk usikkerhet på ± 5 deler i 10 7.

Figur 1
Figur 1. Skjematisk fremstilling av optisk pumpet laser molekylsystem bestående av en karbondioksyd pumpelaser og et langt infrarød laserhulrom. Den langbølget infrarød lasermedium er spent ved hjelp av en tverrgående pumpe geometri. Gjengitt med mindre modifikasjoner fra Ref. 15 med tillatelse fra Springer Science and Business Media. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.


Figur 2. Skjematisk diagram av tre-laser heterodyne frekvensen målesystem. Det heterodyne systemet omfatter den optisk pumpet laser molekyl å benytte en tversgående pumpe geometri og to ekstra karbondioksidreferanse lasere. Ikke vist er de elektroniske systemer som benyttes til å overvåke og stabilisere strålingen som genereres av hver laser. © [2015] IEEE. Gjengitt med mindre modifikasjoner og tillatelse, fra Ref. 27. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. wolfram tråd som brukes i MIM punktkontakt diodedetektor som betraktes gjennom forstørrelseslinsen. DenLengden av tråden er omtrent 2 mm. For best fjærvirkning, bør vinklene i bendet være i nærheten av 90 o og alle ligge i det samme plan.

Figur 4
Figur 4. Den bølgeform som genereres av 274,8 pm laseremisjons av optisk pumpet CH2F 2 ved hjelp av ni P 04 CO to pumpelaser som vises på oscilloskopet displayet. CO to pumpestråling blir modulert ved hjelp av en optisk chopper som arbeider ved omtrent 45 Hz. Motstanden i MIM diodedetektoren er omtrent 100 og signalet er omtrent 6 uV (peak-to-peak). Oscilloskop skjermen er stilt inn på 10 uV / divisjon.

Figur 5
Figur 5. Den venstre ogmidterste bildene viser utgangen fra hver CO to referanse-laser, 9 R 16 og 9 P 34, er henholdsvis. Den tilsvarende modulerte signal på oscilloskop omtrent 4 mV (peak-to-peak) i omtrent 100 mW av kraft, som målt ved monitoren strømmåleren. Den høyre bilde viser det kombinerte signalet fra begge referanse lasere for å være omtrent 7 mV (peak-to-peak) som indikerer de to referansesignalene er riktig blanding av MIM diodedetektor. Motstanden i MIM diodedetektoren er omtrent 100 Ω. Oscilloskop skjermen i hvert bilde er satt på 1 mV / divisjon. CO 2 strålingen blir modulert ved hjelp av en optisk chopper som arbeider ved omtrent 70 Hz.

Figur 6
Figur 6. Den mettede fluorescens-signalet i lavtrykks (6 Pa) CO 2 ved bruk av 9 R 24 CO tolaseremisjons. Denne kurven er oppnådd ved modulering av CO to referanselaseremisjons via en ekstern hakkeren på 52 Hz, mens den spenning som påtrykkes den CO to referanselaser PZT er trappet fra 0 til ca. 570 V i ca. 13 min. Låsen forsterker er satt til en 300 ms tidskonstant og en 200 mV sensitivitet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7. Den mettede fluorescens-signalet i lavtrykks (6 Pa) CO 2 ved bruk av 9 R 24 CO to laseremisjons som vises på et oscilloskop. Den venstre bildet viser oscilloskop displayet når PZT spenningen er borte fra sentrum av Lamb dip, ca 80 V i ther bilde. Den midterste og høyre bilder indikere oscilloskop displayet når PZT spenningen er enten umiddelbart til venstre eller høyre for midten av Lammets dip, ca 278 og 295 V henholdsvis i disse bildene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet .

Figur 8
Figur 8. Valdet signalet mellom 235,5 nm laser utslipp av optisk pumpet CH2F 2 bruker 9 P 04 CO 2 pumpe laser og 9 R 16 og 9 P 34 CO 2 referanse lasere. Et spenn på ca 25 MHz er typisk anvendes. Flertallet av rytme signalene blir observert innenfor ± 5 GHz. Det er imidlertid visse frekvens regioner innen disse søkeparametre som har et lavt signal-til-støy. Derfor bruker en litt større søk regionen har noen ganger vært nyttig.

Figur 9
Figur 9. del av en typisk laser resonator interferogram (eller hulrom scan) som består av et sett med adskilte topper som svarer til resonator moduser, adskilt med regioner hvor ingen lasing oppstår. Denne skanningen viser 511,445 um laseremisjons generert av optisk pumpet CH 2 F 2 bruker 9 R 28 CO 2 pumpe. En reduksjon i mikrometer posisjon svarer til en reduksjon i lengden (speil-til-speil separering) av den langbølget infrarød laserhulrom. Den MIM diode oppdaget en 20 uV peak-to-peak maksimale signal som genereres av denne langbølget infrarød laseremisjon. Utgangen fra detektoren ble tatt opp med en lock-forsterker, satt på en 300 msek tid konstant og 20 uV følsomheten værey, tilkobles en datamaskin. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Tabell 1
Tabell 1: Sett med CO 2 referanse lasere som forskjellen frekvens er nær den beregnede frekvensen for 235,5 nm laser utslipp fra optisk pumpet CH2F 2 når opphisset bruker 9 P 04 CO 2 laser utslipp.

Tabell 2
Tabell 2: Målt rytme frekvenser for 235,5 nm laser utslipp fra optisk pumpet CH2F 2 når opphisset bruker 9 P 04 CO 2 laser utslipp. To sett med CO 2 referanse lasere er brukd for å generere den kjente differansefrekvensen (| v CO2 (I) -ν CO2 (II) |).

Tabell 3
Tabell 3: New langt infrarød laser frekvenser fra optisk pumpet CH2F 2.

Tabell 4
Tabell supplerende A: Tekniske detaljer av eksperimentelt system inkludert noen relevante kommersielle komponenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det er flere viktige skritt i protokollen som krever litt ekstra omtale. Ved måling av langbølget infrarød laser-bølgelengde, som beskrevet i trinn 2.5.3, er det viktig å sikre at den samme modusen av den fjerne infrarød laseremisjons blir brukt. Flere moduser av et langbølget infrarød laser-bølgelengde (dvs. TEM 00, TEM 01, etc.) kan genereres innenfor laserhulrommet, og derfor er det viktig å identifisere den aktuelle tilstøtende hulromsmodi som brukes til å måle bølgelengden 13,29, 41. For å bidra til å eliminere høyere ordens modi, er iris inkludert i hvert laserhulrom. Ved nøyaktig måling av en bølget infrarød laser frekvens, er det nødvendig lasere, særlig CO 2 lasere referanse, opererer på den fundamentale (TEM 00) modus. Iriser er også brukt for å sikre at mønster spores ut av den fjerne infrarød laser på spektrum analysator er symmetrisk. For situasjoner der flere langt-infrared laserbølgelengder er generert av et bestemt CO 2 pumpe linje, som i tilfelle av 9 P 04, et sett av absorberende filter, kalibrert med bølgelengde, blir brukt til å hjelpe til med å skille langt infrarød laser-bølgelengder. De kan også brukes til å svekke enhver spredt CO to laserstråling som kommer ut av langbølget infrarød laserhulrom.

Kapittel 2.4 beskriver generasjon langt infrarød laser stråling. Gjennom tallrike undersøkelser, er det funnet at flere forskjellige bølgelengder kan bli generert av den samme CO to pumpelaser sett på litt forskjellig offset frekvenser. For eksempel er ni P 04 CO to pumpelaser stand til å generere de 289.5 og 724.9 nm bølgelengder CH2F 2 ved en pumpefrekvens, mens de gjenværende bølgelengder, målt i løpet av denne undersøkelsen ble generert ved hjelp av en litt forskjellig frekvens fra 9 P 04 CO 2 pumpe laser. Dette er accomplished ved å endre den spenning som påtrykkes den PZT som avstemmer frekvensen til CO to pumpelaser gjennom sin bredere forsterkningskurven (ca. ± 45 MHz fra dets senterfrekvens i dette forsøket). Selv om det ikke er spesielt omtalt i kapittel 2.4, mener vi dette er et påfallende trekk i å søke etter langt infrarød laser stråling.

For situasjoner der flere langt infrarød laser utslipp er generert av den samme CO 2 pumpe laserlinje på samme offset frekvens, kan en laser resonator interferogram (eller hulrom scan) utføres for å bistå i å identifisere de ulike langt infrarød laser utslippene som genereres . Figur 9 viser en del av en typisk laser resonator interferogram, med utgangseffekten plottet som en funksjon av avtagende langt infrarød laserhulromslengden 42-45.

Som beskrevet i avsnitt 3.4, to forskjellige sett med CO 2referanse laser brukes til å måle den fjerne infrarød laserfrekvensen. Dette bidrar til å fjerne usikkerheten om hvorvidt beat frekvensen er over eller under forskjellen frekvens generert mellom CO 2 referanse lasere. Sammen med å gi en måte å uavhengig verifisere langt infrarød laser frekvens, har det vært spesielt nyttig når du arbeider med svake slo signaler der observere det liten endring i takt frekvens som langt infrarød laser frekvensøkninger kan være utfordrende.

Den MIM diodedetektor er en viktig komponent til dette eksperimentelle systemet på grunn av høy hastighet, følsomhet og bred spektral dekning 23,24. Det er imidlertid noen begrensninger til MIM diodedetektor som omfatter mekanisk ustabilitet, følsomhet for elektromagnetiske forstyrrelser, dårlig reproduserbarhet, og en grense for den maksimale effekt den er i stand til å detektere og samtidig opprettholde dens følsomhet. Når du måler langt infrarød laser frfrekvenser inn, ble sensitiviteten av MIM diodedetektoren funnet å avta raskt over tid hvis strømmen fra hver referanse CO 2 laser oversteg 150 mW.

Utover MIM diodedetektoren, den viktigste begrensning for den foreliggende teknikk er stabiliteten til langbølget infrarød laser 4,31,46. En begrensning i den eksperimentelle systemets nåværende konfigurasjon er den manglende evne til å måle forskyvningen frekvensen til CO to pumpelaser. Som nevnt er den forskjøvne frekvensen definert som forskjellen mellom frekvensen som brukes av CO to pumpelaser for å generere den fjerne infrarød laseremisjon, og CO to pumpelaser sin senterfrekvens. Således representerer forskjellen mellom absorpsjonen frekvensen av den fjerne infrarød lasermedium og senterfrekvensen av CO to pumpelaser. Vanligvis er den forskjøvne frekvensen lett måles ved hjelp av en CO 2 laser-stråling som er spredt ut utilsiktet of langt infrarød laser hulrom. I vår nåværende konfigurasjon er imidlertid svært lite CO 2 laserstråling er tilgjengelig for en slik måling. Andre metoder for å måle den forskjøvne frekvensen kan bli innlemmet i fremtidige gjentakelser av prosjektet. Dette inkluderer bruk av flere stråledelere og speil for å kople en del av pumpen stråling til MIM diodedetektor. Målingen av en offset frekvens er gunstig ved tildeling spektroskopiske overganger til langt infrarød laser utslipp 25,34.

Far-infrarød laser frekvenser har også blitt målt ved hjelp av heterodyning to optisk pumpet langt infrarød laser og en mikrobølgekilde på en MIM diodedetektor, hvorved frekvensen av en av de to lange infrarøde lasere er kjent, og blir brukt som referansefrekvensen 47. Bruken av langt infrarød frekvenser med større nøyaktighet er det mulig ved hjelp av andre teknikker, for eksempel med THz frekvens-kam syntese lik de discussed i Refs. 48-54. Måling laser frekvenser utvider rollen optisk pumpet molekylære lasere i THz søknader fra THz bildebehandling 55, sin rolle som en kilde til THz stråling for høy oppløsning spektroskopi 13,20, og i å bistå med analyse av komplekse spektra forbundet med laser 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 heterodyne teknikk langt infrarød laser frekvens difluoromethane
Karakter Far-infrarød laser Utslipp og måling av frekvensene
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