Caratterizzare lontano infrarosso Emissioni laser e la misurazione delle loro frequenze

La misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso fu eseguita da Hocker e collaboratori nel 1967. Hanno misurato le frequenze per i 311 e 337 micron emissioni dal-scarico diretto laser acido cianidrico mescolandoli con armoniche di ordine elevato di un segnale a microonde in un diodo al silicio ^1. Per misurare frequenze superiori, una catena di laser e dispositivi di miscelazione armonici sono stati utilizzati per generare le armoniche laser ^2. Alla fine due stabilizzato anidride carbonica (CO ₂₎ laser sono stati scelti per sintetizzare la differenza necessaria frequenze ^3,4. Oggi, frequenze laser all'infrarosso lontano fino a 4 THz può essere misurata con questa tecnica utilizzando solo la prima armonica della frequenza differenza generato da due stabilizzate CO _{2 laser} di riferimento. Elevate emissioni laser frequenza possono anche essere misurati usando la seconda armonica, come le emissioni laser 9 THz dal isotopologhi metanolo CHD ₂ OH e CH ₃ </sub> ¹⁸ OH. ^5,6 Nel corso degli anni, la misurazione accurata delle frequenze laser ha inciso una serie di esperimenti scientifici ^7,8 e permesso l'adozione di una nuova definizione del metro dalla Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure a Parigi nel 1983. ^{9 – 11}

Eterodina tecniche, come quelle descritte, sono state estremamente utile nella misurazione delle frequenze laser lontano infrarosso generati dai laser pompati otticamente molecolari. Dalla scoperta del laser molecolare pompaggio ottico da Chang e ponti ^12, migliaia di pompaggio ottico emissioni laser lontano infrarosso sono stati generati con una varietà di mezzi laser. Ad esempio, difluorometano (CH ₂ F ₂₎ e suoi isotopologhi generano oltre 250 emissioni laser quando pompaggio ottico da un laser CO _2. Loro lunghezze d'onda vanno da circa 95,6-1714,1 micron ^{13. –} </sup> ¹⁵ Quasi il 75% di queste emissioni laser hanno avuto le loro frequenze misurate, mentre molti sono stati assegnati spettroscopicamente ^16-18.

Questi laser, e le loro frequenze, esattamente misurata, hanno svolto un ruolo cruciale nel progresso della spettroscopia ad alta risoluzione. Essi forniscono informazioni importanti per gli studi spettrali infrarossi dei gas laser. Spesso queste frequenze laser sono utilizzati per verificare l'analisi degli spettri infrarossi e lontano infrarosso perché forniscono connessioni tra i livelli eccitati stato vibrazionale che spesso sono direttamente accessibili da spettri di assorbimento ^19. Essi servono anche come fonte di radiazione primaria per gli studi che indagano transitori, i radicali liberi di breve durata con la tecnica laser a risonanza magnetica ^20. Con questa tecnica estremamente sensibile, rotazione e ro-vibrazionale spettri Zeeman negli atomi paramagnetici, molecole e ioni molecolari può essere recorded e analizzato con la capacità di indagare le velocità di reazione utilizzate per creare questi radicali liberi.

In questo lavoro, un laser molecolare pompaggio ottico, mostrato in figura 1, è stato utilizzato per generare radiazione laser all'infrarosso lontano da difluorometano. Questo sistema è composto da un onda continua (cw) CO ₂ laser di pompa ed una cavità laser lontano infrarosso. Uno specchio interna alla cavità laser lontano infrarosso reindirizza la radiazione _laser CO 2 nel tubo di rame lucido, subendo ventisei riflessioni prima di terminare alla fine della cavità, spargendo qualsiasi radiazione di pompa residua. Pertanto, il mezzo di laser lontano infrarosso è eccitato con una geometria di pompaggio trasversale. Per generare azione del laser, diverse variabili vengono regolati, alcuni simultaneamente, e tutte sono poi ottimizzati volta radiazione laser è osservata.

In questo esperimento, la radiazione laser all'infrarosso lontano è monitorata da un metallo-insutore-metallo (MIM) punto di contatto diodo rivelatore. Il rivelatore diodo MIM è stato usato per misure di frequenza laser dal 1969. ^{21 – 23} In misure di frequenza laser, il rivelatore diodo MIM è un mixer armonico tra due o più sorgenti di radiazione incidente sul diodo. Il rivelatore diodo MIM è costituito da un filo di tungsteno affilato contatto con un base di nickel otticamente lucidato ^24. La base nichel ha un naturale strato di ossido sottile che è lo strato isolante.

Una volta che una emissione laser è stato rilevato, la sua lunghezza d'onda, polarizzazione, forza e pressione di esercizio ottimizzati sono stati registrati mentre la sua frequenza è stata misurata utilizzando tre laser eterodina tecnica ^{25 – 27} secondo il metodo descritto originariamente in Ref. 4. La Figura 2 mostra il laser molecolare pompaggio ottico con due ulteriori cw CO _{2 laser} di riferimento avente sta frequenza indipendentisistemi bilization che utilizzano il tuffo Agnello nel segnale di fluorescenza 4.3 micron da una cella di riferimento, a bassa pressione esterna ^28. Questo manoscritto descrive il processo utilizzato per la ricerca di emissioni laser all'infrarosso lontano e metodo per la stima loro lunghezza d'onda e nel determinare con precisione la loro frequenza. Specifiche relative alla tecnica eterodina tre laser così come i vari componenti ei parametri operativi del sistema possono essere trovati in riferimento Tabella A con riferimenti 4, 25-27, 29 e 30.