A caracterização das emissões laser Far-infrared e da medição de suas frequências

A medição de freqüências de laser infravermelho distante foi realizada pela primeira vez por Hocker e colegas de trabalho em 1967. Eles mediram as frequências dos 311 e 337 mm emissões da descarga directa de laser cianeto de hidrogênio, misturando-os com harmônicos de alta ordem de um sinal de microondas em um díodo de silício ^1. Para medir freqüências mais altas, uma cadeia de lasers e dispositivos de mistura harmônica foram usadas para gerar as harmônicas de laser ^2. Eventualmente dois estabilizado dióxido de carbono (CO ₂₎ lasers foram escolhidos para sintetizar a diferença necessária frequências ^3,4. Hoje em dia, as frequências de laser infravermelho distante até 4 THz pode ser medido com esta técnica utilizando apenas a primeira harmónica da frequência diferença gerado pelos dois estabilizado _lasers de CO 2 de referência. Aumento das emissões de laser de frequência, também pode ser medido usando a segunda harmónica, tal como as emissões de laser 9 THz do isotopólogos metanol CHD ₂ OH e CH ₃ </sub> ¹⁸ OH ^5,6 Ao longo dos anos., a medição precisa das frequências de laser tem impactado uma série de experimentos científicos ^7,8 e permitiu a adopção de uma nova definição do metro pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em Paris em 1983. ^{9 – 11}

Heteródina técnicas, tais como os descritos, têm sido extremamente benéfica na medição das frequências de laser infravermelho distante gerados por lasers moleculares bombeados opticamente. Desde a descoberta do laser bombeado opticamente molecular por Chang e Pontes ^12, milhares de emissões de laser bombeado opticamente longe do infravermelho foram gerados com uma variedade de meios de laser. Por exemplo, dif luorometano _{(CH2F 2)} e os seus isotopólogos gerar mais de 250 quando as emissões de laser bombeado opticamente por um laser de CO _2. Seus comprimentos de onda variam de cerca de 95,6 uM para 1714,1 ^{13. –} </s^up> 15 Cerca de 75% dessas emissões de laser tiveram suas freqüências medida enquanto vários foram spectroscopically atribuído ^16-18.

Estes lasers, e as suas frequências medidos com precisão, têm desempenhado um papel crucial no avanço da espectroscopia de alta resolução. Eles fornecem informações importantes para estudos espectrais de infravermelhos dos gases laser. Muitas vezes, essas freqüências laser são usados ​​para verificar a análise dos espectros de infravermelho e infravermelho distante, pois fornecem conexões entre os níveis estado vibracional excitado que muitas vezes são inacessíveis diretamente de espectros de absorção ^19. Eles também servem como fonte de radiação primária para estudos que investigam transitórios, radicais livres de curta duração com a técnica de ressonância magnética de laser ^20. Com esta técnica extremamente sensível, espectros Zeeman rotacional e ro-vibracional em átomos paramagnéticos, moléculas e íons moleculares podem ser recorded e analisado, juntamente com a capacidade para investigar as taxas de reacção utilizadas para criar esses radicais livres.

Neste trabalho, um laser bombeado opticamente molecular, mostrado na Figura 1, foi usado para gerar a radiação laser infravermelho distante de difluorometano. Este sistema é composto por uma onda contínua (CW) _laser de CO 2 e uma bomba de cavidade do laser infravermelho distante. Um espelho interno para a cavidade do laser infravermelho distante redirecciona o CO ₂ radiação laser através do tubo de cobre polido, submetendo-se vinte e seis reflexões antes de terminar na extremidade da cavidade, espalhando qualquer radiação bomba restante. Portanto, o meio laser infravermelho distante está animado usando uma geometria de bombeamento transversal. Para gerar a ação do laser, diversas variáveis ​​são ajustadas, alguns em simultâneo, e todos são, posteriormente, uma vez otimizado radiação laser é observado.

Nesta experiência, a radiação laser infravermelho distante é monitorizada por um metal-insulator-de metal (MIM) ponto de contato detector de diodo. O detector de díodo MIM foi usado para medições de frequência de laser desde 1969. ^21-23 Em medições de frequência de laser, o detector de díodo MIM é um misturador harmónica entre duas ou mais fontes de radiação incidente sobre o diodo. O detector de diodo MIM consiste de um fio de tungstênio afiadas entrar em contato com uma base de níquel polido opticamente ^24. A base de níquel tem uma fina camada de óxido que ocorre naturalmente que é a camada isolante.

Uma vez que foi detectada uma emissão de laser, seu comprimento de onda, polarização, força e pressão de operação otimizada foram registrados enquanto sua freqüência foi medida usando a técnica heterodyne de três a laser ^25-27 seguindo o método descrito originalmente em Ref. 4. A Figura 2 mostra o laser bombeado opticamente molecular com dois cw _lasers de CO 2 de referência adicionais STA tendo frequência independentebilização sistemas que utilizam o mergulho Cordeiro no sinal de fluorescência de 4,3 mm a partir de uma célula de referência de baixa pressão externa, ^28. Este manuscrito descreve o processo usado para procurar por emissões de laser infravermelho distante, bem como o método para estimar seu comprimento de onda e em determinar com precisão a sua frequência. Detalhes sobre a técnica heteródino três laser, bem como os vários componentes e parâmetros de operação do sistema pode ser encontrada na Tabela Suplementar A, juntamente com as referências 4, 25-27, 29, e 30.