Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

De meting van ver-infrarood laser frequenties werd voor het eerst uitgevoerd door Hocker en collega's in 1967. Zij gemeten de frequenties voor de 311 en 337 micrometer emissies van de directe lozing waterstofcyanide laser door ze te mengen met een hoge orde harmonischen van een magnetron signaal in een silicium diode ^1. Om hogere frequenties te meten, werd een reeks van lasers en harmonische menginrichtingen gebruikt om de laser ² harmonischen genereren. Uiteindelijk twee gestabiliseerde kooldioxide (CO ₂₎ lasers gekozen synthetiseren noodzakelijke verschilfrequenties ^3,4. Tegenwoordig kunnen ver-infrarode laser frequenties tot 4 THz gemeten worden met deze techniek met alleen de eerste harmonische van de verschilfrequentie opgewekt door twee gestabiliseerde _CO2 lasers referentie. Hogere emissies frequentie laser kan ook worden gemeten met de tweede harmonische, zoals 9 THz laseremissies van methanol isotopologen CHD ₂ OH en _CH3 </sub> ¹⁸ OH. ^5,6 Door de jaren heen, de nauwkeurige meting van de laser frequenties heeft een aantal wetenschappelijke experimenten ^7,8 beïnvloed en mogen de invoering van een nieuwe definitie van de meter door de Algemene Conferentie voor maten en gewichten in Parijs 1983. ^{9 – 11}

Heterodyne technieken, zoals beschreven, hebben enorm gunstig bij het meten van verre-infrarode laser frequenties gegenereerd door optisch gepompte lasers moleculaire geweest. Sinds de ontdekking van de moleculaire optisch gepompte laser door Chang en bruggen ^12, duizenden optisch gepompte verre-infrarode laser emissie werden gemaakt met verschillende lasermedia. Bijvoorbeeld, difluormethaan (CH ₂ F ₂₎ en de isotopologen genereren dan 250 laseremissies als optisch gepompt door een _CO2 laser. De golflengten variëren van ongeveer 95,6 urn om 1.714,1 ^{13. –} </sup> ¹⁵ Bijna 75% van deze laser-uitstoot hebben hun frequenties gemeten terwijl een aantal zijn spectroscopisch toegewezen ^16-18.

Deze lasers, en hun nauwkeurig gemeten frequenties, hebben een cruciale rol gespeeld in de vooruitgang van de hoge-resolutie spectroscopie. Ze bieden belangrijke informatie voor infrarode spectrale studies van de laser gassen. Vaak laserfrequenties gebruikt om de analyse van de nabije en verre infrarood spectra geverifieerd omdat zij verbindingen tussen de aangeslagen vibratiestaat niveaus die vaak rechtstreeks toegankelijk vanuit absorptiespectra ^19. Ze dienen ook als de bron primaire straling voor studies die van voorbijgaande aard, van korte duur vrije radicalen met de laser magnetische resonantie techniek ^20. Met deze uiterst gevoelige techniek, rotatie en ro-vibratie Zeeman spectra in paramagnetische atomen, moleculen en moleculaire ionen kunnen worden recorded en samen met de mogelijkheid om de reactiesnelheden gebruikt om deze vrije radicalen te creëren onderzoeken geanalyseerd.

In dit werk, een optisch gepompte laser moleculaire zie figuur 1, is gebruikt om verre-infrarode laser straling uit difluormethaan genereren. Dit systeem bestaat uit een continue golf (cw) CO ₂ pomplaser en een ver-infrarood laser holte. Een spiegel intern in de verre-infrarode laser holte leidt de CO ₂ laserstraling door het gepolijste koperen buis 20 6 reflecties ondergaat alvorens eindigt aan het einde van de holte, verstrooiing resterende pompstraling. Daarom is het ver-infrarood lasermedium wordt aangeslagen met een dwarse pompen geometrie. Om laserwerking te genereren, worden meerdere variabelen aangepast, wat tegelijk, en al vervolgens geoptimaliseerd eenmaal laserstraling waargenomen.

In dit experiment wordt ver-infrarode laserstraling gevolgd door een metaal-insulator-metaal (MIM) punt contact diode detector. De MIM diode detector werd gebruikt voor laser frequentiemetingen sinds 1969. ^{21 – 23} In laser frequentiemetingen, het MIM diode detector een harmonisch menger tussen twee of meer stralingsbronnen invallend op de diode. De MIM diode detector bestaat uit een scherp Tungsten draad contact een optisch gepolijst Nikkel basis ^24. De nikkel basis heeft een natuurlijk voorkomend dunne oxidelaag die de isolerende laag.

Zodra een laser emissie werd waargenomen, zijn golflengte, polarisatie, sterkte en geoptimaliseerde werkdruk werden opgenomen terwijl de frequentie werd gemeten met de drie heterodyne laser techniek ^{25 – 27} volgens de werkwijze die oorspronkelijk beschreven in Ref. 4. Figuur 2 toont de optisch gepompte moleculaire laser met twee extra cw CO ₂ verwijzing lasers met onafhankelijke frequentie stabilization systemen die het Lam duik in de 4.3 micrometer fluorescentie-signaal te gebruiken van een externe, lage druk celverwijzing ^28. Dit manuscript beschrijft de werkwijze voor het zoeken naar verre-infrarode laser emissie alsook de methode voor het schatten van de golflengte en het nauwkeurig bepalen van de frequentie. Bijzonderheden over de drie heterodyne laser-techniek en de verschillende componenten en de bedrijfsparameters van het systeem is te vinden in tabel A brief tezamen met referenties 4, 25-27, 29 en 30.