Waiting
Login processing...

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

Engineering

Karakterisera Far-infraröd laser Utsläpp och mätning av deras frekvenser

Published: December 18, 2015 doi: 10.3791/53399
Automatic Translation
1,3, 2
1Department of Physics, Central Washington University, 2Department of Physics, University of Wisconsin-La Crosse, 3College of Science and Technology, Millersville University

Abstract

Genereringen och efterföljande mätning av infraröd strålning har ett antal användningsområden i hög upplösning spektroskopi, radioastronomi och Terahertz avbildning. För ungefär 45 år, har generering av sammanhängande, långt infraröd strålning åstadkommits med hjälp av optiskt pumpade molekylär laser. När infraröd laserstrålning detekteras, är frekvensen av dessa laser utsläppen mäts med en tre-laser heterodyn teknik. Med denna teknik är den okänd frekvens från den optiskt pumpade molekyllaser blandat med frekvensskillnaden mellan två stabiliserade, infraröda referensfrekvenser. Dessa referensfrekvenser genereras av oberoende koldioxidlasrar, var och stabiliseras med användning av fluorescenssignalen från en extern, lågtrycksreferenscell. Den erhållna svävningen mellan de kända och okända laserfrekvenser övervakas av en metall-isolator-metall punktkontakt dioddetektor, vars utsignal observeras på en spectrum analysator. Svävningsfrekvensen mellan dessa laser utsläpp värderas därefter och kombineras med de kända referensfrekvenser för att extrapolera den okända infraröd laserfrekvensen. Den resulterande en-sigma fractional osäkerhet för laserfrekvenser mäts med denna teknik är ± 5 delar i 10 7. Exakt bestämma frekvensen av infraröd laser utsläpp är viktigt eftersom de ofta används som referens för andra mätningar, som i hög -resolution spektroskopiska undersökningar av fria radikaler med hjälp av laser magnetisk resonans. Som ett led i denna undersökning, difluormetan, CH2F 2, användes som infraröd lasermediet. Totalt har åtta infraröd laserfrekvenser mätas för första gången med frekvenser som sträcker sig från 0,359 till 1,273 THz. Tre av dessa laser utsläpp upptäcktes under denna undersökning och redovisas med sin optimala arbetstryck, polarisering med avseende på CO2

Introduction

Mätningen av infraröd laserfrekvenser uruppfördes av Hocker och medarbetare i 1967. De mätte frekvenserna för 311 och 337 um utsläpp från direkturladdningsvätecyanid laser genom att blanda dem med höga övertoner av en mikrovågsugn signal i en kiseldiod 1. För att mäta högre frekvenser har en kedja av lasrar och harmoniska blandningsanordningar används för att generera laser övertoner 2. Så småningom två stabiliserade koldioxid (CO 2) lasrar valdes för att syntetisera den nödvändiga skillnaden frekvenser 3,4. Idag kan infraröd laserfrekvenser upp till 4 THz mätas med denna teknik med användning av endast den första övertonen för frekvensskillnaden som genereras av två stabiliserade CO2 referenslasrar. Högre frekvens laser utsläpp kan också mätas med användning av den andra övertonen, såsom 9 THz laser utsläpp från metanol isotopologues CHD 2 OH och CH 3 18 OH. 5,6 Under årens lopp har en noggrann mätning av laserfrekvenser påverkade ett antal vetenskapliga experiment 7,8 och tillät antagandet av en ny definition av mätaren genom generalkonferens vikt och mått i Paris 1983. 9-11

Heterodyn tekniker, såsom de som beskrivits, har varit oerhört fördelaktigt vid mätning av infraröd laserfrekvenser som genereras av optiskt pumpade molekyl lasrar. Sedan upptäckten av den optiskt pumpade molekylär laser av Chang och Bridges 12, tusentals optiskt pumpade infraröd laser utsläppen har genererats med en rad olika laser media. Till exempel, difluorometan (CH2F 2) och dess isotopologues genererar mer än 250 laser utsläpp när optiskt pumpas av en CO2-laser. Deras våglängder varierar från cirka 95,6 till 1714,1 im 13. - 15 Nästan 75% av dessa laser utsläppen har haft deras frekvenser mätt medan flera har spektroskopiskt tilldelats 16-18.

Dessa lasrar och deras exakt uppmätta frekvenserna, har spelat en avgörande roll i utvecklingen av högupplösta spektroskopi. De ger viktig information för infraröda spektrala studier av lasergaser. Ofta är dessa laserfrekvenser används för att verifiera analysen av infraröd och bortre infraröda spektra, eftersom de ger kopplingar mellan de exciterade vibrations state-nivåer som ofta direkt oåtkomliga från absorptionsspektra 19. De tjänar också som den primära strålningskälla för studier som undersöker gående, kortlivade fria radikaler med lasermagnetresonansteknik 20. Med denna extremt känslig teknik, roterande och ro-vibrations Zeeman spektra i paramagnetiska atomer, molekyler och molekylära joner kan vara recorded och analyseras tillsammans med förmågan att undersöka reaktionshastigheterna som används för att skapa dessa fria radikaler.

I detta arbete, ett optiskt pumpad molekylär laser, som visas i figur 1, har använts för att generera infraröd laserstrålning från difluormetan. Detta system består av en kontinuerlig våg (cw) CO 2 pumplaser och en infraröd laserkaviteten. En spegel internt för infraröd laserkaviteten omdirigeringar CO 2 laserstrålningen ner den polerade kopparröret, genomgår tjugo sex reflektioner innan slutar vid änden av håligheten, spridning eventuellt återstående pumpstrålning. Därför infraröd lasermediet exciteras med hjälp av en tvärgående pumpgeometri. För att generera laserverkan, är flera variabler justeras en del samtidigt, och alla därefter optimeras när laserstrålning observeras.

I detta experiment är det bortre infraröda laserstrålning övervakas av en metall-Insulator-metall (MIM) punktkontakt dioddetektor. MIM dioddetektor har använts för mätningar laserfrekvens sedan 1969. 21-23 I lasermätningar frekvens, är dioddetektorn MIM en harmonisk mixer mellan två eller flera strålningskällor som infaller på dioden. MIM dioddetektor består av en vässad Volfram tråd i kontakt ett optiskt polerat Nickel bas 24. Nickel basen har en naturligt förekommande tunt oxidskikt som är det isolerande skiktet.

När väl en laseremission detekterades, var dess våglängd, polarisation, styrka, och optimerad drifttryck registrerades under det att dess frekvens mättes med användning av tre-laser heterodyn teknik 25 - 27 genom att följa förfarandet som ursprungligen beskrevs i ref. 4. Figur 2 visar den optiskt pumpade molekylär laser med två extra cw CO 2 referens lasrar har oberoende frekvens stabilization system som använder lamm dopp i 4,3 fim fluorescenssignalen från en extern, lågtrycksreferenscell 28. Detta manuskript beskriver den process som används för att söka efter infraröd laser utsläpp samt metod för att uppskatta deras våglängd och exakt fastställa deras frekvens. Specifikt när det gäller tre-laser heterodyn tekniken liksom de olika komponenterna och driftparametrar för systemet kan återfinnas i Supple Tabell A tillsammans med referenser 4, 25-27, 29 och 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Planering av experiment

  1. Genomföra en undersökning av litteraturen för att utvärdera tidigare arbete utförs med lasermediet av intresse, vilket för detta experiment är CH2F 2. Identifiera alla kända laser utsläpp tillsammans med all information om linjer som deras våglängd och frekvens. Flera undersökningar av kända laser utsläppen finns 13,31 - 37.
  2. Sammanställa alla spektroskopiska undersökningar av molekylen används som lasermediet med fokus på tidigare Fouriertransformen 34 och optoakustisk studier 38,39.

2. Generera Far-Infrared Laser Utsläpp

  1. Säkerhet Översikt.
    1. Utveckla en standardförfarande för labbet som innehåller ordentlig ögonskydd när du arbetar med CO2 och infraröd lasersystem.
  2. Justering och kalibrering.
    1. Kalibrera Ln- 2 literaser under användning av en gitterbaserad spektrumanalysator avsedd för CO 2 laser enligt tillverkarens protokoll.
    2. Rikta slut speglar och kopplings spegeln i infraröd laser hålrum med hjälp av en He-Ne-laser så att deras strålning fokuseras på dioddetektorn MIM.
    3. Rikta strålningen från CO 2 pumplasern i bortre-infraröd laser håligheten genom en natriumklorid fönstret vid en vinkel av ungefär 72 ° i förhållande till håligheten axeln.
    4. Rikta strålningen från de två CO 2 referens lasrar att antingen deras respektive lågtrycks fluorescens referenscell eller co-linjärt har laddats in i MIM dioddetektorn använder stråldelare och ytterligare speglar.
  3. Detektion av infraröd laserstrålning.
    1. Polera Nickel basen var flera dagar med en vanlig metall polish.
    2. Crimp en 25 pm volframtråd i en koppar post och böja tråd i configuration som visas i fig 3.
    3. Justera längden av tråden så att den är mellan 10 till 20 våglängder av strålningen som mäts.
    4. Elektrokemiskt etsa spetsen av tråden i en mättad natrium-hydroxid (NaOH) -lösning genom att applicera en spänning (ungefär 3,5 till fem V AC) till lösningen.
    5. Åter etch spetsen med en låg spänning (mindre än ett VAC). Detta luckrar spetsen av tråden och förbättrar dioden prestanda.
    6. Skölj tråd med destillerat vatten.
    7. Sätt koppar post till MIM diodens bostäder när tråden är torr.
    8. Placera tråden i kontakt med den nickel basen med användning av en fin skruv och nivåsystemet. Kontakter som ger ett motstånd över dioden mellan 100 och 500 Ω används typiskt vid detektering och mätning av infraröd laserstrålning.
  4. Generation av infraröd laserstrålning.
    1. Ställ in CO 2 pumplasern på en specifik laser emissionen, t ex., 9 P 36.
    2. Vrid mikrometer ratten på CO 2 pumplasern och tillbaka för att uppnå maximal intensitet på balken stopp.
    3. Justera lutningen på CO2 pump laserns galler för att uppnå maximal intensitet på balken stopp.
    4. Upprepa steg 2.4.2 och 2.4.3 tills uteffekten för CO2 pumplasern visas optimeras på balken stopp.
    5. Ta strålen stopp från vägen för CO2 pumplasern.
    6. Slå på och rikta den optiska chopper i strålgången av CO 2 pumplasern.
    7. Öppna ventilen på CH2F 2 cylinder för att införa det bortre infraröda lasermedium in i den infraröd laserkaviteten.
    8. Justera doseringsventil på inloppsledningen till dess att ett tryck av ca 10 Pa uppnås.
      Obs! Endast den ungefärliga trycket är nödvändig, eftersom det används som ett sätt att systematiskt skanna infraröd laser cavity.
    9. Ställ in positionen hos utgångskopplaren så att dess yttersta spetsen är ca 1 cm från mitten av laserkaviteten såsom anges med en kalibrerad skala på utsidan av laserkaviteten.
      Obs: Endast den ungefärliga platsen är nödvändig, eftersom det används som ett sätt att systematiskt avsöka infraröd laserkaviteten.
    10. Justera placeringen av den rörliga infraröd laser spegel i cirka 0,25 mm intervall genom att vrida den kalibrerade mätklockan fram och tillbaka. Samtidigt trimma frekvensen hos CO 2 pumplasern genom dess förstärkningskurvan genom att ändra spänningen applicerad över CO 2 pump laserns piezoelektrisk omvandlare (PZT).
    11. Om ingen signal observeras på oscilloskopet displayen, upprepa steg 2.4.10 med utgångskopplaren flyttas till sitt nästa läge där spetsen är ca 1,5 cm från mitten av laserkaviteten såsom anges med en kalibrerad skala på utsidan av lasern hålighet.
    12. Om ingen signal observeras på oscilloskopet displayen, upprepa steg 2.4.10 med utgångskopplaren flyttas till sitt nästa läge där spetsen är ca 2 cm från mitten av laserkaviteten såsom anges med en kalibrerad skala på utsidan av lasern hålighet.
    13. Om ingen signal observeras på oscilloskopet funktionen repeterar du steg 2.4.9 till 2.4.12 med en infraröd laser tryck på ungefär 19 Pa justerat med doseringsventilen på inloppsledningen.
    14. Om ingen signal observeras på oscilloskopet funktionen repeterar du steg 2.4.9 till 2.4.12 med en infraröd lasertryck på cirka 27 Pa justerat med doseringsventilen på inloppsledningen.
    15. Om ingen signal observeras på oscilloskopet displayen så sätt i strålstopp i vägen för CO2 pumplasern och stänga ventilen på CH2F 2 cylinder tills infraröd laser trycket är ca 0 Pa.
    16. Ställ in CO2 pumplaser till nästa laseremissionen, t.ex. 9 P 34, och optimera uteffekten med hjälp av stegen 2.4.2 till 2.4.4.
    17. Upprepa steg 2.4.5 till 2.4.16 tills alla utsläpp som genereras av CO 2 pumplasern används. När du söker efter infraröd laserlinjer, placera fokus på CO 2 pumplaser utsläpp vars frekvenser överlappar med någon absorption områden som anges i steg 1.2.
  5. Karakterisera infraröd laser utsläpp.
    1. Samtidigt justera trycket hos det bortre infraröda lasermedium, den spänning som appliceras på CO 2 pump laserns PZT, och positionen för utgångskopplaren tills infraröd laseremissionen uteffekt är maximerad (bestämd med en maximal topp-till- toppsignal från dioddetektorn MIM såsom observeras på oscilloskopet displayen, liknande fig 4).
    2. Vrid mikrometerratten medurs tills infraröd laseremission observeras påoscilloskopet displayen. Anteckna position mätklocka.
    3. Vrid mikrometerratten medurs ytterligare 20 lägen som motsvarar samma infraröd laseremissionen. Anteckna position mätklocka.
    4. Subtrahera position mätklockan i steg 2.5.2 och 2.5.3. Dividera skillnaden med 10 för att erhålla våglängden för infraröd laseremissionen.
    5. Upprepa steg 2.5.2 till 2.5.4 totalt fem gånger och i genomsnitt våglängden för infraröd laseremissionen. Genomsnittlig laservåglängder mäts genom att traversera minst 20 intilliggande longitudinella moder har en one-sigma osäkerhet på ± 0,5 pm.
    6. Mät polarisationen hos det bortre infraröda laserstrålning, i förhållande till CO 2 pumpstrålningen, med användning av antingen en guldtråd-grid polarisator (394 linjer / cm) eller en Brewsterpolarisatorn.

3. Fastställande infraröd laserfrekvenser

  1. Identifieraing av CO 2 referenslaserutsläppen.
    1. Beräkna frekvensen hos den bortre infraröda laseremissionen baserat på dess uppmätta våglängd.
    2. Identifiera uppsättningar av CO 2 referenslaserlinjer, vars frekvensskillnad är inom flera GHz av den beräknade frekvensen för infraröd laseremissionen 40. En typisk lista som används för sådana mätningar visas i tabell 1.
  2. Letar du efter den heterodyna svävningssignalen.
    1. Identifiera den första uppsättningen av CO2 referenslaserlinjer och ställ in varje CO2 referens laser på deras respektive laseremissionen.
    2. Optimera uteffekten för varje CO2 referens laser med hjälp av stegen 2.4.2 till 2.4.4 och bildskärmens strömmätaren.
      1. Justera en iris, antingen internt eller externt till varje referens laser, så att effekten från varje CO 2 referens laser är ungefär 100 mW mätt med bildskärmens strömmätare som visas iFigur 2.
    3. Blockera strålningen från CO2 pumplasern med hjälp av en stråle stopp medan frigör strålningen från CO 2 referens lasrar.
    4. Slå på och rikta den optiska chopper i co-linjära strålbana av CO 2 referens lasrar.
    5. Optimera för maximal topp-till-toppspänningen varje CO 2 referenslaseremissions på MIM dioddetektorn med hjälp av flera speglar, stråldelare och en 2,54 cm brännvidd ZnSe plankonvexa lins med iakttagande utgången på oscilloskopet, liknande figur 5 .
    6. Blockera strålningen från CO 2 referens lasrar med hjälp av en balk stopp medan frigör strålningen från CO2 pumplasern.
    7. Åter optimera CO 2 pumplasern och infraröd laser, som är nödvändigt, så att infraröd laseremissions har en maximal topp-till-toppspänningen som observeras på oscilloskopet.
    8. Koppla than Mim dioddetektor utgång från oscilloskopet och anslut den till en förstärkare vars utsignal observeras på en spektrumanalysator.
    9. Avblockera strålningen från CO 2 referens lasrar.
    10. Ta bort de optiska choppers modulerar CO 2 pump- och referens lasrar.
    11. Ställ spektrumanalysator på en 40 MHz spännvidd och sök efter svävningssignalen i steg om 1,5 GHz genom att manuellt skanna detta frekvensområde med hjälp av spektrumanalysator s inställningsratten.
    12. Om ingen slå signal observeras, koppla bort MIM diodens utgång från förstärkaren och anslut den till oscilloskopet.
    13. Blockera strålningen från CO 2 referens lasrar och sätt den optiska chopper i vägen för CO2 pumplasern.
    14. Upprepa steg 3.2.2 till 3.2.13 vid behov tills spektrumanalysator har använts för att söka efter svävningssignalen mellan 0 och 12 GHz.
    15. Om ingen taktsignal observeras Repevid stegen 3.2.2 genom 3.2.14 med en annan uppsättning av CO 2 referenslaserlinjer tills antingen svävningssignalen observeras eller alla möjliga uppsättningar av CO2 referenslaserlinjerna är uttömda.
  3. Stabilisera CO 2 referensfrekvenser.
    1. På en spänning mellan 0 och 900 V till den första koldioxid två referens laserns PZT så att signalen från dess respektive fluorescens referenscell är i centrum av lamm dopp, som visas i fig 6 och såsom visas på ett oscilloskop som i figur 7.
    2. Aktivera återkopplingsspänning som appliceras på första CO2 referens laserns PZT med hjälp av en specialbyggd lock-in / servoförstärkare så att den förblir låst till mitten av lamm dopp.
    3. Upprepa steg 3.3.1 och 3.3.2 för andra CO2 referens laser.
    4. Visuellt övervaka utsignalen från förförstärkaren på ett oscilloskop, som i figur 7, till enSe till att referens lasrar förblir låst.
  4. Mätning av svävningsfrekvensen.
    1. Centrera svävningssignalen på spektrumanalysatorn display och justera dess amplitud för att maximera dess storlek på displayen.
    2. Ställ spektrumanalysator för att visa två samtidiga spår av svävningssignalen, som i figur 8, genom att välja Clear Skriv funktion för både Trace 1 och Trace 2. Ett spår visas den momentana signalen medan den andra kommer att spela den maximala signalen (med hjälp av en Max Hold funktion på spektrumanalysator för andra spår).
    3. Vrid mikrometer ratten på infraröd laser cavity back och tillbaka över förstärkningskurvan för en given hålighet läge.
    4. Använd View-funktionen på spektrumanalysator att frysa den andra (Max Hold) spår en gång ett symmetriskt mönster erhålls.
    5. Något rotera mätklocka medurs för att minska längden på infraröd laserkavitet. Samtidigt observera subsequent liten förskjutning i svävningsfrekvensen på spektrumanalysator på grund av denna lätt ökning av frekvensen hos den infraröd laser.
    6. Placera markörer på halvvärdesbredd punkter i symmetriska mönster (Max Hold spår) med hjälp av Marker funktion med Delta funktionen på spektrumanalysator.
    7. Mät mittfrekvens svävningssignalen använder Span Pair funktionen på spektrumanalysator.
    8. Upprepa steg 3.4.1 till 3.4.7.
    9. Frigör låset in / servoförstärkare för varje CO2 referens laser för att låsa upp varje laser från sin centerfrekvens och åter optimera varje CO 2 referens laser.
    10. Åter låsa referens lasrar med hjälp av steg 3.3.1 till 3.3.4.
    11. Upprepa steg 3.4.1 till 3.4.10 för totalt 6 mätningar. När du är klar, låser varje CO2 referens laser från sin mittfrekvens.
    12. Beräkna den reviderade frekvensen hos den bortre infraröda laseremissionen med hjälp av dessa slag frekvenser att få en korrekt prognos för den andra uppsättningen CO 2 referenslaserlinjer.
    13. Identifiera en annan uppsättning CO 2 referenslaserlinjer, vars frekvensskillnad är inom flera GHz av den beräknade frekvensen för infraröd laseremissionen.
    14. Optimera nästa uppsättning av CO 2 referenslaserlinjer på dioddetektorn MIM och få svävningssignalen använder steg 3.2.2 till 3.2.15 behov.
    15. Lås den nya uppsättningen av CO 2 referenslaserlinjer med hjälp av steg 3.3.1 till 3.3.4.
    16. Upprepa steg 3.4.1 till 3.4.10 för totalt 6 mätningar. När du är klar, låser varje CO2 referens laser från sin mittfrekvens.
    17. Sätt stråle stannar i banorna av CO 2 pump- och referens lasrar.
  5. Beräkning av infraröd laserfrekvensen.
    1. Beräkna det okända infraröd laserfrekvensen, ν FIR, med hjälp av uppmättavid frekvensen genom relationen
      FIR = | v ^ CO2 (I) -ν CO2 (II) | ± | v ^ slå | Eq. 1
      där | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) | är storleken på frekvensskillnaden syntetiseras genom de två CO 2 referens lasrar och | ν slå | är storleken av svävningsfrekvensen. Den ± logga in Eq. 1 bestäms experimentellt från steg 3.4.5.
    2. Skaffa en genomsnittlig frekvens och beräknaosäkerhet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Som nämnts, är frekvensen rapporterats för en infraröd laseremissionen i genomsnitt minst tolv mätningar utfördes med åtminstone två olika uppsättningar av CO 2 referenslaserlinjer. Tabell 2 beskriver de uppgifter som registrerats för 235,5 pm laseremissions när du använder 9 P 04 CO 2 pumplasern. För detta infraröd laseremissionen, var fjorton individuella mätningar av svävningsfrekvensen registreras. Den första uppsättningen av mätningar registrerades när du använder 9 R 10 och 9 P 38 CO 2 referenslaserutsläppen. För steg 3.4.5, som infraröd laser frekvensen ökades något, svävningsfrekvensen observerades också öka. Detta indikerar infraröd laserfrekvensen var större än storleken på frekvensskillnaden mellan den 9 R 10 och 9 P 38 CO 2 referens lasrar, | ν CO2 (I) -ν CO2 (II) |. Därför tecknet of svävningsfrekvensen i ekvation 1 var positivt för denna uppsättning av CO 2 referens lasrar. Omvänt, den andra uppsättningen av mätningar använde 9 R 16 och 9 P 34 CO 2 referenslaser utsläpp. När steg 3.4.5 utfördes, observerades en minskning i svävningsfrekvens observeras medan infraröd laserfrekvensen ökades något. Detta indikerar infraröd laserfrekvensen var mindre än storleken på frekvensskillnaden mellan den 9 R 16 och 9 P 34 CO 2 referens lasrar. Därför, för denna uppsättning av CO 2 referens lasrar tecken svävningsfrekvensen i ekvation 1 var negativa. Såsom illustreras i tabell 2, den beräknade infraröd laserfrekvensen, ν FIR, för båda situationerna förblev detsamma till inom en ± 0,12 MHz en-sigma standardavvikelse.

Den genomsnittliga infraröd laserfrekvenser bestämda med denna experimentella teknik återfinns i CO2 pumpledning. De genomsnittliga laserfrekvenser redovisas med sin motsvarande våglängd och vågtalet, beräknas med hjälp av 1 cm -1 = 29 979,2458 MHz. Alla infraröd laserfrekvenser mättes under optimala driftsförhållanden. Under hela denna undersökning flera tidigare rapporterade frekvenser mättes och befanns vara i överensstämmelse med de publicerade värden. En-sigma fractional osäkerhet Δν är av infraröd laserfrekvenser mätt med denna teknik ± 5 × 10-7. Denna osäkerhet kommer från reproducerbarhet kända frekvenser med detta system, symmetri och bredd breddat förstärkningskurvan för infraröd laser, och precisionen i mätningarna 4,25,31.

De infraröd laser utsläpp upptäcktes under denna undersökning observerades ha en styrka "W &# 8217; motsvarande ett område vid makten ,001-0,01 mW. Som jämförelse, var 118,8 pm linjen metanol observeras med detta system att vara VVS med en effekt drygt 10 mW när du använder 9 P 36 CO2 pump med en effekt av 18 W. Dessutom tabell 3 innefattar polarisering av varje ny infraröd laseremissionen mätt i förhållande till sin respektive CO2 pumplasern. I de flesta fall har endast en polarisation observerats att dominera, antingen en polarisering parallellt eller vinkelrätt mot CO 2 pumplasern. För situationer där ingen dominerande polarisering observerades, har båda polarisationerna är noterat.

Sammanfattningsvis var åtta infraröd laser utsläpp som genereras av difluormetan hjälp av ett optiskt pumpad molekylär lasersystem med en tvärgående pumpgeometri. Detta inkluderar upptäckten av tre infraröd laser utsläpp med våglängder av 235,5, 335,9 och 416,8 nm. När den detekteratsden tre-laser heterodyn teknik användes för att mäta frekvensen för varje observerad infraröd laseremissionen. Frekvenserna för dessa laser utsläpp varierade från 0,359 till 1,273 THz och redovisas med bråk osäkerhet på ± 5 delar 10 7.

Figur 1
Figur 1. Schematisk beskrivning av optiskt pumpade molekyllasersystem som består av en koldioxidpumplaser och en infraröd laserkaviteten. Den infraröd lasermedium exciteras med hjälp av en tvärgående pumpgeometri. Återgivet med mindre modifieringar från ref. 15 med snäll tillåtelse från Springer Science and Business Media. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 2. Skiss av mätsystemet heterodyn frekvens tre laser. Inkluderar heterodyn systemet optiskt pumpade molekylär laser som utnyttjar en tvärgående pumpgeometri och två ytterligare koldioxidreferens lasrar. Ej visade är de elektroniska system som används för att övervaka och stabilisera strålning som alstras av varje laser. © [2015] IEEE. Omtryckt, med mindre ändringar och tillstånd, från ref. 27. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Volfram tråd används i MIM punktkontakt dioddetektor som ses genom ett förstoringsglas. Denlängd av tråden är ca 2 mm. För bästa fjäderverkan, bör vinklarna i kröken vara nära 90 ° och alla ligger i samma plan.

Figur 4
Figur 4. Vågformen som genereras av 274,8 pm laser utsläpp av optiskt pumpade CH2F 2 med 9 P 04 CO 2 pumplasern som visas på oscilloskopet displayen. CO 2 pumpstrålning moduleras av en optisk chopper som arbetar vid ungefär 45 Hz. Motståndet hos dioddetektorn MIM är ungefär 100 och signalen är ca 6 μV (topp-till-topp). Oscilloskopet Displayen är inställd på 10 μV / division.

Figur 5
Figur 5. Den vänstra ochmellan bilder visar utsignalen från Ln- två referenslaser, 9 R 16 och 9 P 34, är respektive. Respektive modulerade signalen på oscilloskopet cirka 4 mV (topp-till-topp) i ca 100 mW, mätt genom monitorn effektmätare. Den högra bilden visar den kombinerade signalen från båda referens lasrar för att vara ungefär 7 mV (topp-till-topp) som anger de två referenssignalerna är korrekt blandning på dioddetektorn MIM. Motståndet hos dioddetektorn MIM är cirka 100 Ω. Oscilloskopet visas i varje bild ligger på 1 mV / division. CO 2 strålningen moduleras av en optisk chopper som arbetar vid ungefär 70 Hz.

Figur 6
Figur 6. Den mättade fluorescenssignalen i lågt tryck (6 Pa) CO2 medan du använder 9 R 24 CO 2laseremissionen. Denna graf erhålls genom att modulera CO 2 referenslaseremissions via en extern avbrytare vid 52 Hz medan spänningen som appliceras på CO 2 referens laserns PZT rampas från 0 till ungefär 570 V i ungefär 13 minuter. Låset förstärkaren är inställd på en 300 ms tidskonstant och en 200 mV känslighet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 7
Figur 7. Den mättade fluorescenssignalen i lågt tryck (6 Pa) CO2 medan du använder 9 R 24 CO2-laser utsläpp som visas på ett oscilloskop. Den vänstra foto visar oscilloskopet displayen när PZT spänningen är borta från mitten av Lamb dip, ca 80 V i thär foto. De mellersta och höger bilder visar oscilloskopet displayen när PZT spänningen är antingen omedelbart till vänster eller höger om mitten Lammets dip, cirka 278 och 295 V respektive i dessa bilder. Klicka här för att se en större version av denna siffra .

Figur 8
Figur 8. svävningssignalen mellan 235,5 pm laser utsläpp av optiskt pumpade CH2F 2 med 9 P 04 CO 2 pumplasern och 9 R 16 och 9 P 34 CO 2 referens lasrar. En spännvidd på cirka 25 MHz är vanligtvis Begagnade. Majoriteten av interferenssignaler observeras inom ± 5 GHz. Det finns dock vissa frekvensområdena inom dessa sökparametrar som har en låg signal-till-brus. Därför, med hjälp en något större sökområdet har ibland varit till hjälp.

Figur 9
Figur 9. Andel av en typisk laserresonator interferogram (eller hålrum scan) som består av en uppsättning av diskreta toppar som motsvarar resonatorenheterna s lägen, åtskilda av regioner där ingen lasring inträffar. Detta scan visar 511,445 pm laseremissionen som alstras av optiskt pumpade CH 2 F 2 med 9 R 28 CO2 pump. En minskning i mikrometer läget motsvarar en minskning av längden (spegel-till-spegelseparation) av infraröd laserkaviteten. MIM diod detekterade en 20 μV topp-till-toppmaximum signal som genereras av denna infraröd laseremissionen. Utsignalen från detektorn registrerades med hjälp av en lock-in förstärkare, som ligger på en 300 ms tidskonstant och 20 μV sensitivity, gränssnitt till en dator. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Bord 1
Tabell 1: Set av CO 2 referens lasrar vars frekvensskillnaden är nära den beräknade frekvensen för 235,5 pm laseremissionen från optiskt pumpade CH2F 2 när de exciteras med hjälp av 9 P 04 CO 2 laseremissionen.

Tabell 2
Tabell 2: Uppmätt svävningsfrekvenser för 235,5 pm laseremissionen från optiskt pumpade CH2F 2 när de exciteras med hjälp av 9 P 04 CO 2 laseremissionen. Två uppsättningar av CO 2 referens lasrar är användningd för att generera den kända frekvensskillnaden (| ν CO2 (I) -ν CO2 (II) |).

Tabell 3
Tabell 3: New infraröd laserfrekvenser från optiskt pumpade CH2F 2.

Tabell 4
Kompletterande Tabell A: Tekniska detaljer om experimentella system inklusive några relevanta kommersiella komponenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det finns flera viktiga steg i protokollet som kräver lite extra diskussion. Vid mätning av infraröd laser våglängd, som beskrivs i steg 2.5.3, är det viktigt att se samma läge av infraröd laseremission används. Flera former av ett infraröd laservåglängden (dvs TEM 00, TEM 01, etc.) kan alstras inom laserkaviteten och således är det viktigt att identifiera de lämpliga intilliggande kavitetsmoder som används för att mäta våglängden 13,29, 41. För att underlätta att eliminera högre ordningens moder är irises ingår i varje laserkavitet. När noggrant mäta en infraröd laser frekvens, är det absolut nödvändigt lasrar, särskilt CO 2 referens lasrar, arbeta i deras grundläggande (TEM 00) läge. Iris används också för att säkerställa att mönstret spåras av den bortre infraröda lasern på spektrumanalysator är symmetrisk. För situationer där flera långt-Infraröd laservåglängder genereras av en viss CO 2 pumpledning, som i fallet med 9 P 04, en uppsättning absorberande filter, kalibrerade med våglängd, används för att hjälpa till att särskilja infraröd laservåglängder. De kan också användas för att hejda godtycklig spridda CO 2 laserstrålning som lämnar infraröd laserkaviteten.

§ 2,4 beskriver alstringen av infraröd laserstrålning. Över ett stort antal undersökningar, har vi funnit att flera distinkta våglängder kan genereras av samma CO 2 pumplaser inställd på något annorlunda förskjutna frekvenser. Till exempel är den 9 P 04 CO 2 pumplaser som kan utveckla de 289,5 och 724,9 pm våglängder av CH2F 2 vid en pump frekvens medan de återstående våglängderna som uppmätts under denna undersökning genererades med hjälp av en något annan frekvens från 9 P 04 CO 2 pumplasern. Detta är accomplished genom att ändra spänningen som appliceras på PZT som avstämmer frekvensen hos CO 2 pumplasern genom dess breddade förstärkningskurvan (approximativt ± 45 MHz från dess mittfrekvens i detta experiment). Även om det inte uttryckligen upp i avsnitt 2.4, vi tror att detta är ett anmärkningsvärt inslag i sökandet efter infraröd laserstrålning.

För situationer där flera infraröd laser utsläpp genereras av samma CO2 pumplaserlinjen på samma förskjutningsfrekvensen, kan en laserresonator interferogram (eller hålrum scan) utföras för att hjälpa till att identifiera de olika infraröd laser utsläpp som genereras . Fig 9 illustrerar en del av en typisk laserresonator interferogrammet, med uteffekten plottad som en funktion av minskande infraröd laser kavitetslängd 42 - 45.

Såsom anges i avsnitt 3.4, två olika uppsättningar av CO2referens lasrar används för att mäta infraröd laserfrekvensen. Detta hjälper till att eliminera osäkerheten om huruvida svävningsfrekvensen ligger över eller under frekvensskillnaden genereras mellan CO 2 referens lasrar. Tillsammans med att ge ett sätt att verifiera den infraröd laser frekvens, har det varit särskilt användbart när man arbetar med svaga taktsignaler där observera viss förskjutning i svävningsfrekvensen som infraröd laser frekvensen ökar kan vara en utmaning.

MIM dioddetektor är en viktig komponent till detta experimentella systemet på grund av dess höga hastighet, känslighet och breda spektral täckning 23,24. Det finns dock vissa begränsningar i dioddetektorn MIM som innehåller mekanisk instabilitet, känslighet för elektromagnetiska störningar, dålig reproducerbarhet och en gräns för maximal effekt det kan detektera med bibehållen känslighet. Medan mätning infraröd laser frequencies ades känsligheten hos dioddetektorn MIM befunnits minska snabbt med tiden om strömmen från Ln- två referenslaser översteg 150 mW.

Bortom dioddetektorn MIM, den huvudsakliga begränsningen till föreliggande teknik är stabiliteten hos det bortre infraröd laser 4,31,46. En begränsning i det experimentella systemet nuvarande konfiguration är oförmågan att mäta förskjutningsfrekvensen av CO 2 pumplasern. Såsom nämnts, är förskjutningsfrekvensen definieras som skillnaden mellan den frekvens som används av CO 2 pumplaser för att alstra infraröd laseremission och CO 2 pumplasern mittfrekvens. Således representerar skillnaden mellan absorptionen frekvensen hos den bortre infraröda lasermedium och mittfrekvensen av CO 2 pumplasern. Typiskt är förskjutningsfrekvensen lätt mätas med användning av någon CO 2 laserstrålning som oavsiktligt sprids ut of den infraröd laserkaviteten. I vårt aktuella konfigurationen är emellertid tillgänglig för en sådan mätning mycket lite CO 2 laserstrålning. Andra metoder att mäta förskjutningsfrekvensen kunde införlivas i framtida iterationer av projektet. Detta inkluderar användning av ytterligare stråldelare och speglar för att koppla en del av pumpstrålningen till dioddetektorn MIM. Mätningen av en offsetfrekvens är bra när du tilldelar spektroskopiska övergångar till infraröd laseremissions 25,34.

Infraröd laserfrekvenser har också mätts genom heterodyn två optiskt pumpade infraröd laser och en mikrovågskälla på en MIM dioddetektor, varigenom frekvensen hos en av de två infraröd lasrar är känd och används som referensfrekvensen 47. Användningen av infraröd frekvenser med större noggrannhet är möjligt med hjälp av andra tekniker, såsom med THz frekvens kam syntes liknar de discussed i ref. 48-54. Mätning laserfrekvenser expanderar rollen av optiskt pumpade molekylära lasrar i THz ansökningar från THz avbildning 55, sin roll som en källa för THz-strålning för högupplöst spektroskopi 13,20, och bistå med analys av komplexa spektra i samband med sin laser medel 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 optiskt pumpade molekylär laser tre-laser heterodyn teknik infraröd laser frekvens difluormetan
Karakterisera Far-infraröd laser Utsläpp och mätning av deras frekvenser
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jackson, M., Zink, L. R.… More

Jackson, M., Zink, L. R. Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies. J. Vis. Exp. (106), e53399, doi:10.3791/53399 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter