Caracterización de Emisiones láser infrarrojo lejano y la medición de sus frecuencias

La medición de frecuencias láser infrarrojo lejano se realizó por primera vez por Hocker y compañeros de trabajo en 1967. Se midió las frecuencias para los 311 y 337 m de las emisiones de la descarga directa de láser cianuro de hidrógeno mezclándolos con altos armónicos de orden de una señal de microondas en un diodo de silicio ^1. Para medir las frecuencias más altas, una cadena de láser y dispositivos de mezcla de armónicos se utiliza para generar los armónicos ^láser 2. Eventualmente de dos estabilizada de dióxido de carbono (CO ₂₎ láseres fueron elegidos para sintetizar la diferencia necesaria frecuencias de ^3,4. Hoy en día, las frecuencias de láser de infrarrojo lejano hasta 4 THz se puede medir con esta técnica utilizando sólo la primera armónica de la frecuencia diferencia generado por dos estabilizado _láseres de CO2 de referencia. Emisiones láser de frecuencia más altas también se pueden medir utilizando el segundo armónico, tales como las emisiones de láser 9 THz de la isotopólogos metanol CHD ₂ OH y CH ₃ </sub> ¹⁸ OH. ^5,6 Con los años, la medición precisa de frecuencias láser ha impactado una serie de experimentos científicos ^7,8 y permitido la adopción de una nueva definición del metro por la Conferencia General de Pesos y Medidas de París en 1983. ^9-11

Heterodino técnicas, tales como los descritos, han sido muy beneficioso en la medición de las frecuencias de láser de infrarrojo lejano generados por los láseres bombeados ópticamente moleculares. Desde el descubrimiento del láser molecular bombeado ópticamente por Chang y los puentes ^12, miles de bombeo óptico emisiones láser de infrarrojo lejano se han generado con una variedad de medios de comunicación por láser. Por ejemplo, difluorometano (CH ₂ F ₂₎ y sus isotopólogos generan más de 250 emisiones láser cuando se bombea ópticamente por un láser de CO _2. Sus longitudes de onda van desde aproximadamente 95.6 a ¹³ micras 1714,1. ^– </shasta> ¹⁵ Casi el 75% de estas emisiones láser han tenido midieron sus frecuencias, mientras que varios han sido espectroscópicamente asignado ^{16 – 18.}

Estos láseres y sus frecuencias medidas con precisión, han jugado un papel crucial en el avance de la espectroscopia de alta resolución. Proporcionan información importante para los estudios espectrales de infrarrojos de los gases de láser. A menudo, estas frecuencias láser se utilizan para verificar el análisis de los espectros de infrarrojo y de infrarrojo lejano, ya que proporcionan conexiones entre los niveles estatales vibracionales excitados que a menudo son directamente inaccesibles desde espectros de absorción ^19. También sirven como fuente de radiación principal de los estudios que investigan transitorios, los radicales libres de corta duración con la técnica de resonancia magnética ^láser 20. Con esta técnica extremadamente sensibles, los espectros de Zeeman de rotación y ro-vibracional en los átomos paramagnéticos, moléculas, iones moleculares y puede ser recorded y analizado junto con la capacidad para investigar las velocidades de reacción utilizados para crear estos radicales libres.

En este trabajo, un láser bombeado ópticamente molecular, que se muestra en la Figura 1, se ha utilizado para generar la radiación láser de infrarrojo lejano de difluorometano. Este sistema consiste en una onda continua (cw) CO ₂ láser de bombeo y una cavidad láser de infrarrojo lejano. Un espejo interno a la cavidad del láser de infrarrojo lejano redirige la radiación láser CO ₂ hacia abajo el tubo de cobre pulido, de someterse a veintiséis reflexiones antes de terminar en el extremo de la cavidad, dispersando cualquier radiación de bombeo restante. Por lo tanto el medio de láser infrarrojo lejano se excita mediante una geometría de bombeo transversal. Para generar la acción del láser, varias variables se ajustan, algunos de forma simultánea, y todos están optimizados posteriormente una vez que se observa la radiación láser.

En este experimento, la radiación láser de infrarrojo lejano es monitoreado por un metal insu-lador de metal (MIM) el servicio del detector de diodo. El detector de diodo MIM ha sido utilizado para las mediciones de frecuencia del láser desde 1969. ^21-23 En mediciones de frecuencia láser, el detector de diodo MIM es un mezclador armónico entre dos o más fuentes de radiación incidente sobre el diodo. El detector de diodo MIM consiste en un alambre de tungsteno afilado en contacto con una base ópticamente níquel pulido ^24. La base de níquel tiene una delgada capa de óxido natural que es la capa aislante.

Una vez que se detecta una emisión de láser, su longitud de onda, la polarización, la fuerza y la presión de funcionamiento optimizado se registraron mientras que su frecuencia se midió utilizando la técnica heterodina de tres láser ^{25 – 27} siguiendo el método descrito originalmente en la Ref. 4. La Figura 2 muestra el láser bombeado ópticamente molecular con dos cw _láseres de CO2 de referencia adicionales que tiene sta independiente de la frecuenciasistemas estabiliza- que utilizan el chapuzón Cordero en la señal de fluorescencia de 4,3 micras de una celda de referencia externa, baja presión ^28. Este manuscrito describe el proceso utilizado para buscar emisiones láser de infrarrojo lejano, así como el método para estimar su longitud de onda y en la determinación con precisión su frecuencia. Dan detalles sobre la técnica heterodina de tres láser, así como los diversos componentes y los parámetros de funcionamiento del sistema se pueden encontrar en la Tabla Suplementaria A, junto con las referencias 4, 25-27, 29, y 30.