Uzak-kızılötesi lazer Emisyonları ve Bunların Frekansları ölçülmesi Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, uzak kızılötesi lazer radyasyonu üretmek ve üretilen lazer emisyonlarının frekanslarını üç lazerli heterodini tekniği kullanarak ölçmektir. Bu işlem, öncelikle bir karbondioksit lazer radyasyonunun uzak kızılötesi lazer boşluğuna gönderilmesiyle gerçekleştirilir. İkinci adım ise, uzak kızılötesi lazer radyasyonu üretmek için her iki lazer boşluğunun çalışma parametrelerini değiştirmek ve algılanan radyasyonu bir osiloskop kullanarak gözlemlemektir.

Ardından, uzak kızılötesi radyasyon iki referans karbondioksit lazer frekansı ile karıştırılır. Daha sonra ortaya çıkan vuruş frekansı belirlenir. Son adım, uzak kızılötesi lazer frekansını hesaplamak için birden fazla vuruş frekansının ölçülmesidir.

Nihayetinde, bu araştırma sırasında, Diora metan tarafından üretilen sekiz uzak kızılötesi lazer frekansını ölçmek için üç lazerli heterodin tekniği kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu yöntemden elde edilen sonuçlar, lazerleme yapan molekülün spektroskopisine dair ilk kez içgörü sağlayabilmektedir. Ayrıca yüksek çözünürlüklü spektroskopi, radyo astronomisi ve terahertz görüntüleme gibi hassas frekanslar gerektiren sistemlere de uygulanabilir.

Görüntüleme Uygun göz koruması takarak potansiyel olarak zararlı lazer radyasyonu ile çalışmaya hazırlanın. Protokolün bu bölümünde bir karbondioksit lazeri ve cilalı bakır uzak kızılötesi lazer boşluğu kullanılacaktır. Bu şema, ikisinin nasıl düzenlendiğine dair genel bir bakış sunmaktadır.

Karbondioksit lazeri, seyreltilmiş metan ile doldurulmuş olan uzak kızılötesi lazer boşluğunu pompalayacaktır. Bu deney için, uzak kızılötesi lazer çıktısı, metal yalıtkan metal uç teması DDE dedektörü ile tespit edilecektir. Çalışmaya, karbondioksit lazerini burada istenen lazer geçişi olan dokuz R iki sekize ayarlayarak başlayın.

Lazer çıkışına bir ışın durağı yerleştirin. Şimdi, ışın durağı üzerindeki ışın yoğunluğunu maksimize etmek için lazerin mikrometre kadranını döndürün. Ek olarak, maksimum yoğunluğa ulaşmak için lazerin gradyan eğimini ayarlayın.

Karbondioksit lazerinin çıkış gücü optimize görünene kadar mikrometre DIO'yu ve derecelendirmeyi ayarlamaya devam edin. İşlem tamamlandığında, ışın durdurucuyu yoldan kaldırın. Ardından, pompa lazerinin ışın yolu üzerindeki bir optik kıyıcıyı açın ve hizalayın.

Sıradaki adıma geçin. Uzak kızılötesi lazer boşluğunu hazırlamak için, boşluğa ortam olarak tanıtmak üzere diflorometan tüpünün vanasını açın. Giriş hattındaki ölçüm vanasını, yaklaşık 10 pascal veya 75 miltor basınlık bir değer elde edilecek şekilde ayarlayın.

Kavitenin çıkış kuplaj aynarını ayarlama aşamasına geçin. Aynaya bağlı harici bir çubuk kullanarak, aynanın konumunu kalibre edilmiş ölçekten okunduğu üzere kavitenin merkezinden yaklaşık bir santimetre uzağa ayarlayın. Ardından, dedektör çıkışının bir osiloskopa bağlı olduğundan emin olun.

Ardından, uzak kızılötesi boşlukta uzak kızılötesi lazer radyasyonunu arama hazırlıklarını yapın. İçerideki hareketli lazer aynasını ayarlamak için kalibre edilmiş mikrometre kadranını kullanın. Lazer frekansını ayarlamak için eş zamanlı olarak karbondioksit lazer pizo elektrik dönüştürücüye uygulanan voltajı kontrol edin.

Bir lazer emisyonu tespit edildiğinde, osiloskop dalga formu emisyon olmadığını temsil eden düz çizgiden kare dalga formuna geçecektir. Uzak kızılötesi bir lazer emisyonunun varlığını temsil eden sinyal gücü, işleme devam etmeden önce optimize edilmelidir. Ardından, mikrometre kadranındaki ilgili kavite modunun konumu kaydedin.

Bir sonraki modu bulmak için mikrometre kadranını saat yönünde çevirin. Osiloskop izinin düzleştiğini gözlemleyin. Ardından başka bir kare dalga gösterin.

Toplam 21 mod bulunana kadar kadranı saat yönünde döndürmeye devam edin. Kadranın son konumunu kaydedin ve bunu emisyonun dalga boyunu belirlemek için kullanın. Uzak kızılötesi lazer frekanslarını belirlemek için iki adet karbondioksit referans lazerinden yararlanın.

Bu şema; iki referans lazer, pompa lazeri ve uzak kızılötesi boşluk ile birlikte tüm düzeneği göstermektedir. Konfigürasyon üç lazerli heterodin tekniği içindir ve iki referans lazer, frekans farkları ölçülen dalga boyundan hesaplanan uzak kızılötesi frekansının birkaç gigahertz yakınında olacak şekilde ayarlanmıştır. Referans lazerlerin aynı eksendeki yolu üzerinde bulunan bir ışın durağı ile başlayın.

Tek bir referans lazerin çıktısıyla çalışın ve bunu bir güç ölçer ile ölçün. Güç okumasını gözlemlerken lazerin mikrometresini yavaşça hareket ettirin ve maksimum güce karşılık gelen konuma ayarlayın. Ayarlama tamamlandığında, gradyanın eğimini değiştirerek ince ayarlar yapmak için bir Allen anahtarı kullanın.

Çıkış gücünü optimize etmek için ikisi arasında tekrarlemeli geçişler yapın. Her bir referans lazerin çıkış gücü optimize edildikten sonra, lazer irislerini ayarlayın. Her lazerin, ışın yolundaki güç ölçerine yaklaşık 100 milliwatt güç iletmesi gerekir.

Pompa lazerinden gelen ışını engelleyerek devam edin. Ardından, referans lazerlerin ortak yolundaki ışın durdurucuyu bir optik kıyıcı ile değiştirin. Şimdi osiloskop sinyalini izleyin ve dedektöre odaklanan radyasyonu maksimize etmeye çalışın.

Referans lazerlerden başlayarak; ikinci referans lazeri engelleyin ve ilk referans lazerden gelen ışını dedektör üzerine odaklamak için bir plano-konveks lens kullanın. Ardından ilk referans ışını engelleyip ikinci referans ışının önündeki engeli kaldırın.

Dedektöre gelen ikinci referans lazer sinyalini maksimize etmek için ışın ayırıcıyı ayarlayın. Her durum için osiloskopu izleyin ve durun. Tepe sinyali optimize edildiğinde, ışın durağını koline referans lazer yoluna geri getirin.

Işın durağını pompalama lazerinden çıkarın. Şimdi, uzak kızılötesi emisyonun çıkış gücünü osiloskop üzerinden izleyin. Bu durumda, güç halihazırda optimize edilmiştir.

Güç optimize edildikten sonra, metal yalıtkan metal diyot dedektörünü osiloskoptan ayırın. Dedektörü bir amplifikatör aracılığıyla spektrum analizörüne bağlayın. Bu noktada, pompa ve referans ışın yollarındaki tüm ışın durdurucuları ve optik kıyıcıları çıkarın.

Ardından, spektrum analizörünü kullanarak vuruş sinyalini aramaya başlayın; analizörü 40 megahertz genişliğe ayarlayın ve vuruş sinyalini 1.5 gigahertz artışlarla arayın. Vuruş sinyali bulunduğunda durun. Sinyal bulunduğunda, referans frekanslarını stabilize etmeye başlayın.

Bir referans lazere odaklanın ve floresans referans hücresinden gelen sinyali lamb çukuru (lamb dip) merkezine getirmek için piezoelektrik transdüserine 0 ile 900 volt arasında gerilim uygulayın; sinyali lamb çukuru merkezinde tutmak için bir lock-in amplifikatörünü etkinleştirin ve vuru frekansını (beat frequency) ölçmek için aynı adımları ikinci referans lazer için tekrarlayın. Vuru sinyalini spektrum analizöründe merkezleyin ve ekran üzerindeki boyutunu maksimize etmek için genliğini ayarlayın.

Spektrum analizörünü, belirli bir kavite modu için anlık sinyali mavi ve maksimum sinyali sarı renkte aynı anda gösterecek şekilde ayarlayın. Uzak kızılötesi lazer kavitesindeki mikrometre kadranını ileri geri döndürün. Spektrum analizöründe oluşan kazanç eğrisini gözlemleyin.

Simetrik hale geldiğinde, vuru frekansının işaretini belirlemek için görünüm özelliğini kullanarak maksimum sinyalin izini dondurun. Mikrometre kadranı saat yönünde hafifçe döndürülürken vuru frekansı kaymasını not edin. Merkez frekans vuru sinyalini ölçmek için, maksimum izinin oluşturduğu simetrik desenin yarı maksimumdaki tam genişlik noktalarına işaretleyiciler yerleştirin.

Ardından spektrum analizörünün span pair özelliğini kullanın. Burada, bu protokol ile ve uzak kızılötesi boşlukta di fluoro metan kullanılarak ilk kez ölçülen ortalama uzak kızılötesi lazer frekansları yer almaktadır. Ortalamalar, en az iki farklı karbon dioksit referans lazer çizgisi seti ile gerçekleştirilen en az 12 ölçümün ortalamasıdır.

Vurgulanan satırlar, yeni keşfedilen lazer emisyonlarına karşılık gelmektedir. Sistemde yer alan belirsizliklerin değerlendirilmesi ve daha önce bildirilen frekanslarla yapılan karşılaştırma, 10 milyonda beş oranında bir sigma kesirli belirsizliğe işaret etmektedir. Yeni lazer emisyonlarının, optimize edildikten sonra 1000'de 1 ile 100'de 1 miliwatt aralığında bir güce sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Bu teknik, güçlü lazer emisyonlarının frekansını yaklaşık bir veya iki saat içinde doğru bir şekilde belirlemek için kullanılabilir. Kızılötesi ve yabancı kızılötesi lazerlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın; bu prosedür gerçekleştirilirken uygun göz koruması, havalandırma ve özellikle elektriksel ve su kaynaklı tehlikelere odaklanılarak ekipmanın tekrarlanan denetimlerini içeren önlemler alınmalıdır.