Waiting
Login processing...

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

Engineering

Uzak-kızılötesi lazer Emisyonları ve Bunların Frekansları ölçülmesi Karakterizasyonu

Published: December 18, 2015 doi: 10.3791/53399

Abstract

Üretim ve uzak kızılötesi radyasyon sonraki ölçümü yüksek çözünürlüklü spektroskopisi, radyo astronomi ve Terahertz görüntüleme sayısız uygulamaları bulmuştur. Yaklaşık 45 yıldır, tutarlı, uzak kızılötesi radyasyon nesil optik pompalanan moleküler lazer kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Uzak kızılötesi lazer ışınımı tespit edildiğinde, bu lazer emisyonları frekansları üç lazer heterodyne tekniği kullanılarak ölçülür. Bu teknik ile, optik olarak pompalanır molekül lazer bilinmeyen frekansı iki stabilize kızılötesi referans frekansları arasındaki fark frekansı ile karıştırılır. Bu referans frekansları bağımsız karbondioksit lazerler tarafından oluşturulan, her biri bir harici, düşük basınçlı referans hücresinden floresan sinyali kullanılarak stabilize. Bilinen ve bilinmeyen lazer frekansları arasında ortaya çıkan yendi olan çıkış spec gözlenen bir metal-yalıtkan-metal nokta temaslı diyot dedektör tarafından izlenirSpektrum analizör. Bu lazer emisyonları arasındaki yendi frekans sonradan ölçülen ve bilinmeyen uzak kızılötesi lazer frekansını hesaplamak için bilinen referans frekansları ile birleştirilir. Bu teknik ile ölçülür lazer frekansları için elde edilen bir sigma fraksiyonel belirsizlik Doğru uzak kızılötesi lazer emisyonları sıklığını belirlemek., 10 7 ± 5 parçalar genellikle diğer ölçümler için referans olarak kullanıldığı gibi, yüksek olduğu gibi, kritik Lazer manyetik rezonans kullanılarak serbest radikallerin -resolution spektroskopik incelemeleri. Bu araştırma, diflormetan, CH2F 2 bir parçası olarak, uzak-kızıl ötesi lazer ortamı olarak kullanılmıştır. Bütün sekiz uzak kızılötesi lazer frekansları 0.359 den 1,273 THz kadar frekansları ile ilk kez ölçüldü. Bu lazer emisyonu Üç Bu soruşturma sırasında keşfedilen ve CO 2 ile ilgili optimal çalışma basıncı, kutuplaşma ile raporlanır

Introduction

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

Uzak kızılötesi lazer frekans ölçümü ilk hocker tarafından gerçekleştirilen ve 1967 yılında ortak çalışanlar Onlar mikrodalga sinyalinin yüksek mertebeden harmonik ile karıştırılarak direkt deşarj hidrojen siyanür lazerden 311 ve 337 mikron emisyonları için frekansları ölçüldü bir silikon diyot 1. Yüksek frekansları ölçmek için, lazer ve harmonik karıştırma cihazları bir zincir lazer harmonikler 2 üretilmesi için kullanılmıştır. Sonunda, iki lazer gerekli farkı 3,4 frekansları sentezlenmesi için seçildi (CO2), karbon dioksit stabilize. Bugün 4 THz kadar uzak kızılötesi lazer frekansları iki tarafından üretilen fark frekansı yalnızca ilk harmonik kullanarak bu teknik ile ölçülebilir CO 2 referans lazerler stabilize. Daha yüksek frekans lazer emisyonları, aynı zamanda, örneğin metanol izotopologlarının KKH 2 9 THz lazer emisyonu gibi, ikinci harmonik kullanılarak ölçülebilmektedir OH ve CH 3 18 OH. Yıllar boyunca 5,6, lazer frekansları doğru ölçüm bilimsel deneyler 7,8 bir dizi etkiledi ve Paris'te Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı tarafından metrelik yeni bir tanımının kabulü izin verdi 1983. 9-11

Anlatılanlar gibi Heterodin teknikleri, optik olarak pompalanır molekül lazerler tarafından oluşturulan uzak kızılötesi lazer frekansları ölçümünde son derece faydalı olmuştur. Chang ve Bridges 12 optik pompalanan moleküler lazer keşfinden beri, optik binlerce uzak kızılötesi lazer emisyonları lazer medyanın çeşitli oluşturulacak olan pompalanır. Optik bir CO2 lazerle pompalanır Örneğin, diflorometan (CH2F 2) ve bunun izotopologlarının 250 üzerinden lazer emisyonu üretir. . Onların dalga boyları yaklaşık 95.6 1714.1 um 13 arasında değişmektedir - 18 -> 15 kadar bu lazer emisyonlarının yaklaşık% 75'i birkaç spektroskopik 16 atanmış ise kendi frekansları ölçülmüş oldu.

Bu lazerler, ve bunların doğru ölçülen frekanslar, yüksek çözünürlüklü spektroskopi ilerlemesinde önemli bir rol oynamıştır. Onlar lazer gazların kızılötesi spektral çalışmalar için önemli bilgiler sağlar. Genellikle bu lazer frekansları genellikle absorpsiyon spektrumları 19 doğrudan erişilemez heyecanlı titreşim devlet kademeleri arasındaki bağlantıları sağlar, çünkü kızılötesi ve uzak kızılötesi spektrumu analizi doğrulamak için kullanılır. Onlar da lazer manyetik rezonans tekniği ile 20 geçici, kısa ömürlü serbest radikalleri araştıran çalışmalar için birincil radyasyon kaynağı olarak hizmet vermektedir. Bu son derece hassas bir teknikle, paramanyetik atomların, moleküllerin dönme ve Ro-titreşim Zeeman spektrumları ve moleküler iyonlar olabilir r ileecorded bu serbest radikaller oluşturmak için kullanılan reaksiyon, fiyat araştırma yeteneği ile birlikte incelenmiştir.

Şekil 1 'de gösterilen, bu çalışma, bir optik olarak pompalanır molekül lazer olarak, difluorometan, uzak-kızıl ötesi lazer radyasyonu oluşturmak için kullanılmıştır. Bu sistem, bir sürekli dalga (CW) CO2 lazer pompası ve uzak kızılötesi lazer boşluğunun oluşur. Uzak kızılötesi lazer boşluğuna iç ayna, boşluğun sonunda sona eren kalan pompa radyasyon saçılma önce yirmialtı yansımaları geçiyor, cilalı bakır boru aşağı CO 2 lazer radyasyonu yönlendirir. Bu nedenle, uzak kızılötesi lazer ortamı enine pompalama geometri kullanılarak heyecanlı. Lazer eylemi oluşturmak için çeşitli değişkenler bazı aynı anda ayarlanır, ve lazer radyasyonu görülmektedir kez tüm sonradan optimize edilmiştir.

Bu deneyde, uzak kızılötesi lazer radyasyonu, bir metal-insu ile izlenirlator metal (MIM) nokta temaslı diyot dedektör. MIM diyot dedektör 1969'dan beri 21 lazer frekans ölçümleri için kullanılır olmuştur - lazer frekans ölçümleri ise 23, MIM diyot dedektör diyot iki veya daha fazla radyasyon kaynakları olayla arasındaki harmonik karıştırıcıdır. MİM diyot detektör, bir optik, parlak nikel tabanı 24 temas eden bir keskinleştirilmiş tungsten telden oluşur. Nikel bazlı yalıtım tabakası olan bir doğal olarak meydana gelen ince bir oksit tabakası vardır.

Başlangıçta Referans tarif edilen metot ile 27 - bir lazer emisyonu tespit edildi sonra frekans üç lazer heterodin tekniği 25 kullanılarak ölçülmüştür ise, Dalgaboyu, polarizasyon, gücü ve optimum çalışma basıncı kaydedilmiştir. 4. Şekil 2 iki ek cw CO 2 referans lazerler bağımsız frekans sta sahip optik pompalanan moleküler lazer gösterirHarici, düşük basınçlı referans hücresinden 28 4.3 mikron floresan sinyalinde Kuzu daldırma kullanan bilization sistemleri. Bu yazının uzak kızılötesi lazer emisyonları yanı sıra kendi dalga boyunu tahmin ve doğru kendi sıklığını belirlemede yönteme aramak için kullanılan işlem özetlenmektedir. Üç lazer heterodin tekniği ile ilgili Özellikleri yanı sıra, çeşitli bileşenler ve sistemin çalışma parametreleri referans 4, 25-27, 29, ve 30 ile birlikte Ek Tablo A'da bulunabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

Deney 1. Planlama

  1. Bu deney için F 2 CH 2 faiz lazer ortamı kullanılarak yapılan öncesinde çalışmalarını değerlendirmek için edebiyat bir araştırma yapmak. Gibi onların dalga boyu ve frekans olarak çizgileri hakkında tüm bilgilerle birlikte bilinen tüm lazer emisyonlarını belirleyin. 37 - Bilinen lazer emisyonları çeşitli araştırmalar 13,31 mevcuttur.
  2. Önceki Fourier odaklanarak lazer aracı olarak kullanılan molekülün tüm spektroskopik incelemeler 34 ve optoacoustic çalışmalar 38,39 dönüşümü derleyin.

2. Yaratma Uzak Kızılötesi Lazer Emisyonları

  1. Emniyet Genel.
    1. CO 2 ve uzak kızılötesi lazer sistemleri ile çalışırken uygun göz koruması içeren laboratuvar için bir standart işletim prosedürü geliştirin.
  2. Hizalama ve Kalibrasyon.
    1. Her CO 2 l kalibreaser üreticinin protokolüne uygun olarak CO2 lazer için tasarlanmış bir ızgara tabanlı spektrum analiz cihazı kullanılmıştır.
    2. Son aynalar ve radyasyon MIM diyot dedektör üzerine odaklanmış, böylece bir He-Ne lazer kullanılarak uzak kızılötesi lazer boşluğunda bağlama ayna hizalayın.
    3. Boşluğu eksenine göre yaklaşık 72 O 'lik bir açıda, bir sodyum klorür pencereden uzak kızılötesi lazer boşluğuna CO2 lazer pompası radyasyonu yönlendirmek.
    4. Kiriş bölücülerin ve ek aynalar kullanarak MIM diyot dedektör üzerine kendi alçak basınç floresan referans hücre veya eş-doğrusal ya iki CO 2 referans lazerler radyasyon yönlendirin.
  3. Uzak kızılötesi lazer radyasyonun algılanması.
    1. Standart bir metal cila kullanarak her birkaç gün Nikel tabanı Lehçe.
    2. Bakır sonrası içine 25 mikron tungsten tel kıvırın ve Yapılandr içine tel bükmekation Şekil 3'te gösterilen.
    3. Bu radyasyon 10 ila 20 dalga boyları ölçülen arasında olacak şekilde telin uzunluğunu ayarlayın.
    4. Elektrokimyasal çözeltiye bir voltaj (5 VAC yaklaşık 3.5) uygulanarak doymuş bir sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi içinde tel ucu etch.
    5. Yeniden etch bir düşük voltaj (az 1 VAC) ile ucu. Bu telin ucu pürüzlü ve diyodun performansını artırır.
    6. Damıtılmış su ile tel durulayın.
    7. Tel kuruduktan sonra MIM diyodun yuvaya bakır direkte yerleştirin.
    8. Ince bir vida ve seviye sistemi kullanılarak Nikel tabanı ile temas teli yerleştirin. Tespit ve uzak-kızıl ötesi lazer radyasyonu ölçerken, 100 ve 500 Ω arasındaki diyot boyunca bir direnç elde İletişim tipik olarak kullanılır.
  4. Uzak kızılötesi lazer radyasyonu Üretimi.
    1. Belirli bir lazer em CO 2 lazer pompası ayarlayınission, örneğin., 9 P 36.
    2. Kiriş durağı maksimum yoğunluğu elde etmek için ileri geri CO 2 pompa lazer mikrometre düğmesini çevirin.
    3. Kiriş durağı maksimum yoğunluğu elde etmek için CO 2 pompa lazerin ızgaranın eğimini ayarlayın.
    4. CO 2 pompa lazer çıkış gücü ışın durağı optimize görünene kadar tekrarlayın 2.4.2 ve 2.4.3 numaralı adımları.
    5. CO 2 pompa lazer yolundan ışın durdurmak çıkarın.
    6. Açın ve CO 2 pompa lazer ışın yoluna optik helikopter hizalayın.
    7. Uzak kızılötesi lazer boşluğuna uzak kızılötesi lazer ortamı tanıtmak için CH 2 F 2 silindir üzerindeki valfi açın.
    8. Pa elde edilir, yaklaşık 10 bir basınca kadar giriş hattı üzerindeki ölçüm valfini ayarlayın.
      Not: sistematik uzak kızılötesi lazer c tarayarak bir yolu olarak kullanılan bu yana sadece yaklaşık basınç gereklidiravity.
    9. Çıkış bağlayıcının konumunu belirler, öyle ki en dış ucu bir lazer boşluğunun dış kalibre edilmiş bir skala ile gösterildiği gibi, lazer boşluğunun orta yaklaşık 1 cm'dir.
      Not: sistematik uzak kızılötesi lazer boşluğu tarayarak bir yolu olarak kullanılan bu yana sadece yaklaşık yeri gereklidir.
    10. Ileri geri kalibre mikrometre ayar düğmesi çevrilerek yaklaşık 0,25 mm aralıklarla hareketli uzak kızılötesi lazer ayna konumunu ayarlayın. Aynı anda ayar CO 2 pompa lazerin piezoelektrik transdüser (PZT) genelinde uygulanan gerilimi değiştirerek kendi kazanç eğrisi sayesinde CO2 lazer pompası sıklığı.
    11. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, çıkış bağlayıcı ile adım 2.4.10 ucu lazer dışında bir kalibre ölçekte gösterdiği gibi, lazer boşluğunun ortasında yaklaşık 1.5 cm olduğu bir sonraki pozisyona hareket tekrar oyuk.
    12. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, çıkış bağlayıcı ile adım 2.4.10 ucu lazer dışında bir kalibre ölçekte gösterdiği gibi, lazer boşluğunun ortasında yaklaşık 2 cm olduğu bir sonraki pozisyona hareket tekrar kavite.
    13. Sinyal osiloskop ekranında görülürse giriş hattında ölçüm vanası ile düzeltilmiş, tekrar yaklaşık 19 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı 2.4.12 ile 2.4.9 yineleyin.
    14. Sinyal osiloskop ekranında görülürse giriş hattında ölçüm vanası ile düzeltilmiş, tekrar yaklaşık 27 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı 2.4.12 ile 2.4.9 yineleyin.
    15. Sinyal osiloskop ekranında görülürse, CO 2 pompa lazer yoluna ışın durak eklemek ve yaklaşık 0 Pa uzak kızılötesi lazer basıncı kadar CH 2 F 2 silindir üzerinde vanasını kapatın.
    16. CO 2 pompası ayarlayınBir sonraki lazer emisyonu lazer, örneğin, 9 P 34, ve 2.4.4 arasındaki adımları 2.4.2 kullanarak çıkış gücünü optimize eder.
    17. CO 2 pompa lazer tarafından oluşturulan tüm emisyon kullanılmaktadır yineleyerek 2.4.16 ile 2.4.5 yineleyin. Uzak kızılötesi lazer hatları ararken, frekanslar adım 1.2'de tanımlanan herhangi bir emilim bölgeleri ile üst üste CO 2 lazer pompası emisyonları üzerinde bir odak koyun.
  5. Uzak kızılötesi lazer emisyonlarını Karakterizasyonu.
    1. Uzak kızılötesi lazer bir emisyon çıkış gücü maksimize kadar aynı anda uzak kızılötesi lazer ortamının basıncı, CO 2 pompa lazerin PZT uygulanan gerilim ve çıkış coupler konumunu ayarlamak (maksimum tepe sı ile belirlenir Şekil 4'e benzer osiloskop üzerine görüldüğü gibi, MİM diod detektörü pik sinyali).
    2. Uzak kızılötesi lazer emisyon gözlenen kadar komparatör saat yönünde çevirinosiloskop ekran. Komparatör konumunu kaydedin.
    3. Aynı uzak kızılötesi lazer emisyonuna karşılık ek bir 20 modları için komparatör saat yönünde çevirin. Komparatör konumunu kaydedin.
    4. Adımlarla 2.5.2 ve 2.5.3 komparatör konumunu çıkarın. Uzak kızılötesi lazer emisyon dalga boyu elde etmek için 10 ile bu farkı bölün.
    5. 2.5.4 arasındaki adımları beş kez toplam 2.5.2 Tekrar ve uzak kızılötesi lazer ışınımının dalga boyu ortalama. En az 20 bitişik uzunlamasına modları geçme ile ölçülen ortalama lazer dalgaboyları ± 0.5 um bir sigma belirsizlik vardır.
    6. Bir altın tel-ızgara polarize (394 satır / cm) veya Brewster polarize kullanarak, CO 2 pompa radyasyona göreli uzak kızılötesi lazer ışınımının kutuplaşmayı, ölçün.

3. Uzak Kızılötesi Lazer Frekanslar Belirlenmesi

  1. BelirlemekCO 2 referans lazer emisyonlarını ing.
    1. Onun ölçülen dalga dayalı uzak kızılötesi lazer ışınımının frekansı hesaplayın.
    2. Frekans farkı uzak kızılötesi lazer emisyon 40 hesaplanan frekans birkaç GHz içinde CO 2 referans lazer hatları setleri tanımlayın. Bu tür ölçümler için kullanılan tipik bir listesi Tablo 1 'de gösterilmiştir.
  2. Heterodyne yendi sinyali aranıyor.
    1. CO 2 referans lazer çizgilerinin ilk seti belirlenmesi ve kendi lazer emisyonu her CO 2 referans lazer ayarlayın.
    2. Adımları 2.4.4 ile 2.4.2 ve monitör güç ölçer kullanılarak her CO 2 referans lazer çıkış gücünü optimize edin.
      1. Gösterilen monitör güç ölçer ile ölçülen her CO 2 referans lazer güç yaklaşık mW 100 olduğunu, böylece dahili veya her referans lazer harici ya bir iris ayarlamaŞekil 2.
    3. CO 2 referans lazerler radyasyon engeli kaldırma sırasında ışın durağı kullanarak CO 2 pompa lazer radyasyonu engelleme.
    4. Açın ve CO 2 referans lazerler co-lineer ışın yoluna optik helikopter hizalayın.
    5. Osiloskop çıktı gözlemleyerek, benzer Şekil 5'e ise maksimum pik-tepe gerilimi için çeşitli aynalar, kiriş bölücülerin kullanarak MIM diyot dedektör üzerinde her CO 2 emisyonu referans lazer ve 2.54 cm odak uzaklığı ZnSe dışbükey merceği Optimize .
    6. CO 2 pompa lazer radyasyonu engeli kaldırma sırasında ışın durağı kullanarak CO 2 referans lazerler radyasyon engelleyin.
    7. Yeniden optimize uzak kızılötesi lazer emisyon osiloskop görüldüğü gibi maksimum tepe-tepe gerilim vardır, böylece gerekli CO 2 lazer pompası ve uzak kızılötesi lazer.
    8. Bağlantıyı kes tO osiloskoptan diyot dedektör çıkış MIM ve kimin çıktı bir spektrum analizör üzerinde gözlenen bir amplifikatör bağlayın.
    9. CO 2 referans lazerler radyasyon engelini kaldırmak.
    10. CO 2 pompa ve referans lazerler modüle optik helikopterlere çıkarın.
    11. 40 MHz yayılma üzerinde spektrum analizi ayarlayın ve manuel spektrum analizörü ayar düğmesini kullanarak bu frekans aralığını tarayarak 1.5 GHz artışlarla yendi sinyali arayın.
    12. Hiçbir yendi sinyali görülürse, amplifikatör gelen MIM diyodun çıkışını kesmek ve osiloskop bağlayın.
    13. CO 2 referans lazerler radyasyonu engellemek ve CO 2 pompa lazer yoluna optik helikopteri yeniden takın.
    14. Spektrum analizörü 0 ile 12 GHz arasındaki yendi sinyali aramak için kullanılır olmuştur yineleyerek gerekli 3.2.13 ile 3.2.2 yineleyin.
    15. Hiçbir yendi sinyali görülürse, repeyendi sinyali gözlenen veya CO 2 referans lazer çizgileri tüm olası kümeleri, ya kadar CO 2 referans lazer çizgileri başka bir dizi ile 3.2.14 adımda 3.2.2 de bitmiştir.
  3. CO 2 referans frekansları Dengeleyici.
    1. Kendi ilgili floresan referans hücresinden sinyal Şekil 6'da gösterilen Kuzu dip merkezinde, ve böylece ilk CO 2 referans lazerin PZT V 0 ile 900 bir gerilim uygulayın Şekil 7'de olduğu gibi bir osiloskop üzerinde görüldüğü gibi.
    2. O Kuzu dip merkezine kilitli kalır, böylece özel inşa kilit-/ servo amplifikatör kullanarak ilk CO 2 referans lazerin PZT uygulanan geribesleme gerilimi etkinleştirin.
    3. Tekrarlayın 3.3.1 ve ikinci CO 2 referans lazer için 3.3.2 yineleyin.
    4. Görme tr, Şekil 7'de olduğu gibi, bir osiloskop üzerinde pre-amp çıkışını izlemekEmin referans lazerler kilitli kalır.
  4. Yendi frekansının ölçülmesi.
    1. Spektrum analizör ekranda yendi sinyalini ortalayın ve ekrandaki boyutunu maksimize etmek olan genlik ayarlayın.
    2. Kullanarak (her ikisi Trace 1 için açık Yazma özelliğini seçerek, Şekil 8'de olduğu gibi yendi sinyalinin iki eşzamanlı izlerini görüntülemek için spektrum analizörü ayarlayın ve diğer maksimum sinyal kaydedebilirsiniz ise anlık sinyal gösterecektir 2. One iz sürebilirsiniz İkinci iz için spektrum analizörü üzerinde Max Hold özelliği).
    3. Belirli bir oyuk modu için ileri ve geri kazanım eğrisi boyunca uzak kızılötesi lazer boşluğuna üzerinde mikrometre düğmesini çevirin.
    4. Simetrik desen elde edilir kez ikinci (Maks Tut) iz dondurmak için spektrum analizör görüntüleme özelliğini kullanın.
    5. Biraz uzak kızılötesi lazer boşluğunun uzunluğunu azaltmak için komparatör saat yönünde çevirin. Aynı anda subs gözlemlemeknedeniyle uzak kızılötesi lazer sıklığı bu hafif artış spektrum analizörü yendi frekansında küçük kayma equent.
    6. Spektrum analizi Delta özelliği ile Marker fonksiyonunu kullanarak simetrik desen (Maks Tut iz) yarısı maksimum noktalarında tam genişlikte işaretçileri yerleştirin.
    7. Spektrum analizör üzerinde Dizisi Çifti özelliğini kullanarak yendi sinyalinin merkez frekansını ölçün.
    8. Tekrarlayın 3.4.7 ile 3.4.1 numaralı adımları.
    9. Merkez frekansından her lazer kilidini ve her CO 2 referans lazer yeniden optimize etmek her CO 2 referans lazer / servo amplifikatörü kilidi ayırın.
    10. 3.3.4 adımları 3.3.1 kullanarak referans lazerler yeniden kilitleyin.
    11. Tekrar 6 ölçümün toplam 3.4.10 ile 3.4.1 adımları tekrarlayın. Tamamlandığında, merkez frekansından her CO 2 referans lazer kilidini.
    12. Bu yendi frekansları kullanan uzak kızılötesi lazer ışınımının revize frekansını hesaplayınızları, CO 2 referans lazer çizgilerinin ikinci set için doğru bir tahmin elde etmek.
    13. Frekans farkı uzak kızılötesi lazer emisyonu için hesaplanan frekans birkaç GHz içinde CO 2 referans lazer çizgileri farklı bir dizi tanımlayın.
    14. MIM diyot dedektör CO 2 referans lazer çizgilerinin sonraki seti optimize etmek ve gerekli 3.2.15 adımları 3.2.2 kullanarak yendi sinyal elde.
    15. 3.3.4 adımları 3.3.1 kullanarak CO 2 referans lazer çizgilerinin yeni bir dizi kilitleyin.
    16. Tekrar 6 ölçümün toplam 3.4.10 ile 3.4.1 adımları tekrarlayın. Tamamlandığında, merkez frekansından her CO 2 referans lazer kilidini.
    17. Ekle ışın CO 2 pompa ve referans lazer yolları içine durur.
  5. Uzak kızılötesi lazer frekansı hesaplanması.
    1. Olmak ölçülen kullanarak, FIR ν, bilinmeyen uzak kızılötesi lazer frekansını hesaplayınızilişki yoluyla frekansta
      FIR = | demeti tarafından CO2 (I) 'inCO2 (II) | ± | ν yendi | Denk. 1
      burada | demeti tarafından CO2 (I) 'inCO2 (II) | ν yendi | | iki CO2 referans lazerler ve tarafından sentezlenen fark frekans büyüklüğüdür yendi frekans büyüklüğüdür. Denklem ± işaret. 1 Aşama 3.4.5 deneysel olarak tespit edilir.
    2. Ortalama bir frekans elde edilir ve hesaplamakbelirsizlik.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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

Bahsedildiği gibi, bir uzak kızılötesi lazer emisyonu için bildirilen frekans CO2 referans laser hatlardan en az iki farklı setleri ile gerçekleştirilen en az on iki ölçümün bir ortalamasıdır. Tablo 2 kullanıldığında 235,5 um lazer emisyonu için kaydedilen veriler özetlenmektedir 9 P 04 CO 2 lazer pompası. Bu uzak kızılötesi lazer emisyonu için yendi frekans ondört bireysel ölçümler kaydedildi. 9 R 10 ve 9 P 38 CO 2 emisyonları referans lazer kullanırken ölçümlerin ilk seti kaydedildi. Uzak kızılötesi lazer frekansı hafif bir artış gibi adım 3.4.5 için, yendi sıklığı da artış gözlendi. Bu uzak kızılötesi lazer frekansı arasındaki fark frekansı büyüklüğü daha büyük olduğunu gösterir 9 R 10 ve 9 P 38 CO 2 referans lazerler, | ν CO2 (I)CO2 (II) |. Dolayısıyla işareti oDenklem 1'de atım frekansına f CO 2 referans lazerler bu set için olumlu oldu. Tersine, ölçümlerin ikinci seti 9 R 16 ve 9 P 34 CO 2 referans lazer emisyonlarını kullanılır. Adım 3.4.5 yapıldığında uzak kızılötesi lazer frekansı hafif artarken, yendi sıklığında bir azalma gözlenmiştir. Bu uzak kızılötesi lazer frekansı 9 R 16 ve 9 P 34 CO 2 referans lazerler arasındaki fark frekansının büyüklüğü daha az olduğunu gösterir. Bu nedenle, CO 2 referans lazerler bu set için Denklem 1'de atım frekansına işareti negatif oldu. Ν FIR Tablo 2, hesaplanan uzak kızılötesi bir lazer frekansı, gösterildiği gibi, her iki durum için de ± 0,12 MHz tek standart sapma olan aynı kalmıştır.

Bu deneysel teknik ile belirlenen ortalama uzak kızılötesi lazer frekansları listelenen 2 pompa hattı sırayla düzenlenmiştir. Ortalama lazer frekansları 1 cm -1 = 29 979,2458 MHz kullanılarak hesaplanan bunlara karşılık gelen dalga boyu ve wavenumber, raporlanır. Tüm uzak kızılötesi lazer frekansları optimum çalışma koşulları altında ölçüldü. Bu soruşturma boyunca, çeşitli daha önce bildirilen frekansları ölçülen ve yayınlanan değerlerle uyum içinde olduğu görülmüştür. 7 - Tek sigma fraksiyonel belirsizlik, Δν, bu teknikle ölçülen uzak kızılötesi lazer frekansları ± 5 × 10 olduğunu. Bu belirsizlik bu sistem, uzak kızılötesi lazer genişletilmiş kazanç eğrisi simetri ve genişliği, ve ölçümler 4,25,31 hassasiyetle bilinen frekans yeniden üretilebilirlik elde edilir.

Bu soruşturma sırasında keşfedilen uzak kızılötesi lazer emisyonları W & 'bir mukavemete sahip gözlenmiştir# 8217; 0.001 ila 0,01 mW güç bir aralığa karşılık gelir. Karşılaştırma için, metanol 118.8 um hattı Ayrıca 18 W'lık bir güce sahip olan 9 P 36 CO2 pompası kullanılarak hafifçe 10 mW üzerinde bir güç ile VVS olarak bu sistem ile gözlendi, Tablo 3, her yeni polarizasyonunu içerir uzak kızılötesi lazer emisyonu, ilgili CO 2 pompa lazer göre ölçülmüştür. Pek çok durumda, tek bir polarizasyon CO2 lazer pompası için hakim bir polarizasyon paralel veya dik ya da gözlenmiştir. Hiçbir hakim polarizasyon gözlendi durumlar için, her iki kutuplaşmalar listelenmiştir.

Sonuç olarak, sekiz uzak kızılötesi lazer emisyonları enine bir pompalama geometrisine sahip olan bir optik olarak pompalanır molekül lazer sistemi kullanılarak diflorometan ile oluşturulmuştur. Bu 235.5, 335,9 ve 416.8 um dalga boylarına sahip üç uzak kızılötesi lazer emisyonlarının keşif içerir. Algılandı sonra,Üç lazer heterodyne tekniği her uzak kızılötesi lazer emisyon gözlenen için frekans ölçmek için kullanılmıştır. Bu lazer emisyonları için frekansları 0.359 den 1,273 THz arasında değişmekteydi ve 10 7 ± 5 bölümden fraksiyonel belirsizliklerin bildirildi.

figür 1
Şekil 1. karbondioksit lazer pompası ve uzak kızılötesi lazer boşluğunun oluşan optik pompalanan moleküler lazer sisteminin şematik. Uzak kızılötesi lazer ortamı enine pompalama geometrisini kullanarak heyecanlı. Ref küçük değişiklikler ile yayımlanmaktadır. Springer Bilim ve İş Media tür izni ile 15. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.


Üç lazer heterodyne frekans ölçüm sisteminin Şekil 2. Şematik. Heterodyne sistemi enine pompalama geometri ve iki ek karbondioksit lazerler referans kullanan optik pompalanan moleküler lazer içerir. Değil gösterilen her lazer tarafından oluşturulan radyasyon izlemek ve stabilize etmek için kullanılan elektronik sistemler vardır. © [2015] IEEE. Ref küçük değişiklikler ve izni ile, yayımlanmaktadır. 27. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Bir büyüteç aracılığıyla inceledi olarak MIM nokta temaslı diyot dedektör kullanılan tungsten tel.tel uzunluğu yaklaşık 2 mm 'dir. En iyi bahar eylem için, viraj açıları 90 o yakın olmalı ve hepsi aynı düzlemde yalan.

Şekil 4,
Şekil 4. osiloskop ekranında görüldüğü gibi 9 P 04 CO 2 pompa lazer kullanarak optik pompalanan CH 2 274,8 mikron lazer emisyonu F 2 tarafından üretilen dalga CO. 2 pompa radyasyon yaklaşık 45 çalışan bir optik helikoptere tarafından modüle edilir hz. MIM diyot dedektör direnci yaklaşık 100 ve sinyal yaklaşık 6 mV (tepe-tepe) 'dir. Osiloskop ekran 10 mV / bölünme ayarlanır.

Şekil 5,
Şekil 5. sola veolarak ölçülen orta fotoğraflar, osiloskop sırasıyla. İlgili modüle edilmiş sinyal yaklaşık mV güç (peak-to-peak) yaklaşık 100 mW, 4 her CO 2 referans lazer çıktı, 9 R 16 ve 9 P 34 göstermektedir Monitörün güç ölçer. Sağ fotoğraf hem referans lazerler kombine sinyal iki referans sinyallerinin uygun MIM diyot dedektör üzerinde karıştırma belirten yaklaşık 7 mV (tepe-tepe) olduğunu göstermektedir. MİM diod detektörü direnci yaklaşık 100 Ω olup. Her fotoğrafta osiloskop ekranı 1 mV / bölünme ayarlanır. CO 2 radyasyon yaklaşık 70 Hz'de çalışan bir optik helikoptere tarafından modüle edilir.

Şekil 6,
Şekil 6. Düşük basınçta doymuş floresans sinyali (6 Pa) CO2 9 R24 CO 2 kullanırkenLazer emisyonu. Bu grafik, CO 2 referans lazerin PZT uygulanan voltajı yaklaşık 13 dakika, yaklaşık 570 V, 0 ila rampalı ise 52 Hz'de bir dış kıyıcı ile CO 2 referans lazer emisyonu düzenlenmesiyle elde edilmektedir. Kilit-amplifikatör 300 msn zaman sabiti ayarlanır ve bir 200 mV hassasiyet. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Şekil 7. düşük basınçta doymuş floresan sinyali (6 Pa) CO 2 osiloskop üzerinde görüldüğü gibi 9 R 24 CO2 lazer emisyonunu kullanırken. PZT gerilimi merkezinden uzakta olduğunda sol fotoğraf osiloskop ekran gösterir Kuzu daldırma, th yaklaşık 80 Vfotoğraf. PZT gerilimi yaklaşık olarak ya hemen Kuzu dip merkezinin sağına veya soluna 278 ve bu fotoğrafları sırasıyla 295 V olduğunda orta ve sağ fotoğrafları osiloskop ekranını gösteriyor. Bu rakamın büyük halini görmek için tıklayınız .

Şekil 8
Şekil 8. 9 P 04 CO 2 lazer pompası ve 9 R 16 ve 9 P 34 CO 2 referans lazerler kullanarak optik pompalanan CH 2 235,5 mikron lazer emisyonu F 2 arasındaki yendi sinyali. Yaklaşık 25 MHz'lik bir yayılma tipik kullanılır. Yendi sinyallerinin çoğunluğu ± 5 GHz içinde gözlenir. Ancak, düşük signal- olan bu arama parametreleri içinde belirli frekans bölgeleri vardırgürültü. Bu nedenle, biraz daha büyük arama bölgesini kullanarak bazen yararlı olmuştur.

Şekil 9
Rezonatörün modlar karşılık gelen ayrı ayrı tepe noktalarının bir dizi oluşan tipik bir lazer rezonatör interferogram (ya da boşluk taraması) Şekil 9. kısmı, herhangi bir lazer uygulaması meydana bölgeleri ile ayrılan. Bu tarama optik pompalanır CH tarafından oluşturulan 511,445 um lazer emisyonu gösterir 2 F 2 9 R 28 CO 2 pompa kullanılarak. Mikrometre pozisyonda bir azalma uzak kızılötesi lazer boşluğunun uzunluğu (ayna için ayna-ayırma) bir azalmaya karşılık gelir. MIM diyot bu uzak kızılötesi lazer emisyon tarafından üretilen bir 20 mV tepe-tepe maksimum sinyal algıladı. Dedektör çıkış sabiti 300 milisaniye zaman set, bir kilit-amplifikatör kullanılarak kaydedilmiş ve 20 mV oldu sensitivitesiy bilgisayara arabirim. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

tablo 1
Tablo 1: Fark frekansı optik pompalanan CH 2 F 2 235,5 mikron lazer emisyonu için hesaplanan frekansına yakın CO 2 referans lazerler takımları 9 P 04 CO2 lazer emisyonu ile uyarıldığı zaman.

Tablo 2
Tablo 2: optik pompalanan CH 2 F 2 235,5 mikron lazer ışınımı için Ölçülen yendi frekansları 9 P 04 CO2 lazer emisyonu ile uyarıldığı zaman. CO 2 referans lazerler İki takım kullanımı vardırd bilinen fark frekansı oluşturmak için (| demeti tarafından CO2 (I) 'inCO2 (II) |).

Tablo 3
Tablo 3: optik pompalanan CH 2 F 2 Yeni uzak kızılötesi lazer frekansları.

Tablo 4
Yan Tablo A: bazı ilgili ticari bileşenleri de dahil deneysel sistemin teknik detaylar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

Bazı ek tartışma gerektiren protokolü içinde birkaç kritik adımlar vardır. Uzak kızılötesi lazer dalga boyu ölçerken adım 2.5.3 de belirtildiği gibi, bu kullanılıyor uzak kızılötesi lazer ışınımının aynı modunu sağlamak için önemlidir. Bir uzak kızılötesi lazer dalga boyu birden fazla modu (örneğin, TEM 00, vb TEM 01) lazer kavitesi içinde oluşturulabilir ve böylece uygun olarak boşluğa yakın modları dalga boyu 13,29 ölçmek için kullanılan tespit etmek önemlidir 41. Yüksek sıralı modları giderilmesinde yardımcı olmak için, iris her lazer boşluğunun içinde yer almaktadır. Doğru bir uzak kızılötesi lazer frekansını ölçerken, bu (TEM 00) modunda lazerler, özellikle CO 2 referans lazerler, onların temel faaliyet zorunludur. Süsen da simetrik spektrum analizör üzerinde uzak kızılötesi lazer tarafından takip desen sağlamak için kullanılır. Durumlar için burada birden çok-infrared lazer dalgaboyları 9 P 04, dalga boyu ile kalibre emici filtre, bir dizi durumunda olduğu gibi, uzak kızılötesi lazer dalga boylarını ayırt yardımcı olmak için kullanılmaktadır, belirli bir CO2 pompası hattı ile oluşturulur. Ayrıca uzak kızılötesi lazer boşluğu çıkan herhangi bir dağılmış CO2 lazer radyasyonu azaltmak için de kullanılabilir.

Bölüm 2.4 uzak kızılötesi lazer radyasyonun üretimini açıklar. Çok sayıda soruşturma boyunca, çok sayıda farklı dalga boyları biraz farklı aynı CO 2 lazer pompası seti tarafından oluşturulan frekansları telafi edilebileceğini bulmuşlardır. Bu inceleme sırasında ölçülen geri kalan dalga boyları 9 P 04 biraz farklı bir frekans kullanılarak elde edilmiştir Örneğin, 9 P 04 CO2 lazer pompası bir pompa frekansta F 2 CH 2 289,5 ve 724,9 um dalga boyu üretme kapasitesine sahip CO 2 lazer pompası. Bu accompl olduğuonun genişlemiş kazanç eğrisi (bu deneyde merkez frekansından yaklaşık ± 45 MHz) üzerinden CO 2 pompa lazer frekansını ayarlar PZT uygulanan gerilim değiştirerek ished. Özellikle bölüm 2.4 ele olmasa da, biz bu uzak kızılötesi lazer radyasyonu ararken bir dikkat çekici özelliği olduğuna inanıyorum.

Birden çok uzak kızılötesi lazer emisyonları, aynı frekans kaydırmanın aynı CO2 lazer pompası hattı ile oluşturulan durumlar için, bir lazer rezonatör interferogram (ya da boşluk taraması) oluşturulan farklı uzak kızılötesi lazer emisyonu tespit yardımcı olmak için yapılabilir . 45 - Şekil 9, uzak kızılötesi bir lazer kavitesi uzunluk 42 azalan bir fonksiyonu olarak çizilmiştir çıkış gücüne sahip tipik bir lazer rezonatör interferogram bir kısmını göstermektedir.

Bölüm 3.4, CO 2 iki ayrı set belirtildiği gibiReferans lazerler uzak kızılötesi lazer frekansını ölçmek için kullanılır. Bu vuruş frekansı üstünde veya CO 2 referans lazerler arasında oluşan fark frekansının altında olup olmadığı konusunda belirsizlik ortadan kaldırılmasına yardımcı olur. Zor olabilir uzak kızılötesi lazer frekans arttıkça yendi frekans hafif kayma gözlemleyerek zayıf yendi sinyalleri ile çalışırken bağımsız uzak kızılötesi lazer frekansını doğrulamak için bir yol sağlayan ile birlikte, özellikle yararlı olmuştur.

MIM diyot dedektör nedeniyle yüksek hız, hassasiyet ve geniş spektral kapsama 23,24 Bu deneysel sisteme önemli bir bileşenidir. Ancak, mekanik istikrarsızlık, duyarlılık elektromanyetik bozukluklara, kötü tekrarlanabilirlik ve onun hassasiyetini korurken tespit edebilen maksimum güç limitini dahil MIM diyot dedektör bazı sınırlamalar vardır. Uzak kızılötesi lazer fr ölçerkenequencies, MIM diyot dedektör hassasiyeti her CO 2 referans lazer güç 150 mW aşıldığında zamanla hızla azaldığı saptandı.

MIM diyot dedektör ötesinde, mevcut tekniğin ana sınırlama uzak kızılötesi lazer 4,31,46 istikrardır. Deneysel sistemin geçerli yapılandırmada bir sınırlama CO 2 pompa lazer ofset frekansını ölçmek için yetersizliğidir. Belirtildiği gibi, frekans kayması uzak kızılötesi lazer emisyonu ve CO2 pompası lazerin merkez frekansı oluşturmak için CO 2 lazer pompası tarafından kullanılan frekans arasındaki fark olarak tanımlanır. Böylece uzak kızılötesi lazer ortamının soğurma frekansı ve CO2 lazer pompası merkez frekansı arasındaki farkı temsil etmektedir. Tipik olarak, frekans kayması kolayca yanlışlıkla o dışarı dağınık herhangi bir CO2 lazer radyasyonu kullanılarak ölçülüruzak kızılötesi lazer boşluğuna f. Mevcut düzenlemede, ancak çok az CO2 lazer radyasyonu bu tür bir ölçüm için kullanılabilir. Frekans kayması ölçümü için diğer yöntemler projenin gelecekteki yineleme içine dahil edilebilir. Bu çift MIM diyot dedektör pompa radyasyon bir kısmını ilave ışın bölücülerin ve aynalar kullanarak içerir. Uzak kızılötesi lazer emisyon 25,34 spektroskopik geçişler atarken ofset frekans ölçümü faydalıdır.

Uzak kızılötesi lazer frekansları aynı zamanda iki optik pompalanır uzak kızılötesi lazer ve iki uzak kızılötesi bir lazer frekansı bilinmektedir ve referans frekansı 47 olarak kullanılır, bu şekilde, bir MİM diod detektörü bir mikrodalga kaynağı heterodyning ile ölçülmüştür. Daha doğru bir şekilde uzak kızılötesi frekansların kullanımı, bu discu benzer THz frekans tarak sentezi ile diğer teknikler kullanılarak mümkündürsayılı referanslarda bastırılacaktır. 48-54. THz görüntüleme 55 THz uygulamalarında optik pompalanan molekül lazerler lazer frekansları rolü genişletir ölçülmesi, ve lazerle çizme ile ilişkili kompleks spektrumu analizi ile yardımcı yüksek çözünürlüklü spektroskopisi 13,20 için THz radyasyon kaynağı olarak rolü orta 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).
Uzak-kızılötesi lazer Emisyonları ve Bunların Frekansları ölçülmesi Karakterizasyonu
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter