Karakter Far-infrarød laser Utslipp og måling av frekvensene

Målingen av langt infrarød laser frekvenser ble urfremført av Hocker og medarbeidere i 1967. De målte frekvensene for 311 og 337 mikrometer utslipp fra direkte utslipp hydrogencyanid laser ved å blande dem med høyere ordens harmoniske av en mikrobølgeovn signal i en silisiumdiode ^1. For å måle høyere frekvenser, ble en kjede av lasere og harmoniske blande enheter brukes til å generere laser harmoniske ^2. Til slutt to stabilisert karbondioksid (CO ₂₎ lasere ble valgt til å syntetisere den nødvendige forskjellen frekvenser ^3,4. Dag, kan langt infrarød laser frekvenser opp til 4 THz måles med denne teknikken ved å bruke kun den første harmoniske av differansefrekvensen som genereres av to stabilisert CO _{2 referanse} lasere. Høyere frekvens laser-utslipp kan også måles ved hjelp av den andre harmoniske, slik som 9 THz laser utslipp fra metanol isotopologues CHD ₂ OH og CH ₃ </sub> ¹⁸ OH. ^5,6 Gjennom årene har nøyaktig måling av laser frekvenser påvirket en rekke vitenskapelige eksperimenter ^7,8 og tillatt vedtakelsen av en ny definisjon av måleren av Generalkonferansen for mål og vekt i Paris i 1983. ^{9 – 11}

Heterodyn-teknikker, slik som de som er beskrevet, har vært uhyre fordelaktig ved måling av langt infrarød laser frekvenser som genereres av optisk pumpet molekyl lasere. Siden oppdagelsen av den optisk pumpet molekylære laser ved Chang og Bridges ^12, tusenvis av optisk pumpet langt infrarød laser utslippene har blitt generert med en rekke laser medier. For eksempel difluoromethane _{(CH2F 2)} og dets isotopologues generere over 250 laser utslipp når optisk pumpet av en CO ₂ laser. Deres bølgelengder varierer fra ca 95,6 til 1714,1 mikrometer ^{13. –} </sopp> ¹⁵ Nesten 75% av disse laser utslippene har hatt sine frekvenser målt mens flere har blitt spektroskopisk tildelt ^{16 – 18.}

Disse lasere, og deres nøyaktig målte frekvenser, har spilt en avgjørende rolle i å fremme høy oppløsning spektroskopi. De gir viktig informasjon for infrarøde spektrale studier av lasergasser. Ofte disse laser frekvensene brukes til å verifisere analyse av infrarød og langt infrarød spek fordi de gir forbindelser mellom den opphissede vibrasjons statlige nivåer som er ofte direkte utilgjengelig fra absorpsjonsspektra ^19. De kan også brukes som den primære strålingskilde for studier som undersøker transiente kort levetid frie radikaler med lasers magnetisk resonansteknikk ^20. Med denne ekstremt følsom teknikk, rotasjons og vibrasjons Zeeman ro-spektra i paramagnetiske atomer, molekyler og ioner kan være molekylære recorded og analysert sammen med evnen til å undersøke reaksjonshastigheter brukes til å lage disse frie radikaler.

I dette arbeidet, en optisk pumpet laser molekyl, vist i figur 1, er blitt brukt til å generere langt infrarød laserstråling fra difluormetan. Dette systemet består av en kontinuerlig bølge (cw) CO _para pumpelaser og et langt infrarød laserhulrom. Et speil internt i den langbølget infrarød laserhulrom omdirigerer CO _para laserstrålingen nedover polert kobberrøret, gjennomgår tjueseks refleksjoner før terminering ved enden av hulrommet, spredning eventuelle gjenværende pumpestråling. Derfor er langt infrarød laser medium er begeistret ved hjelp av en tverrgående pumping geometri. For å generere laser handling, er flere variabler justeres, noen samtidig, og alle senere blir optimalisert når laserstråler er observert.

I dette eksperimentet er langt infrarød laserstråling overvåkes av en metall-Insulator-metal (MIM) punkts kontakt diode detektor. Den MIM diodedetektoren har vært brukt for laserfrekvensmålinger siden 1969. ^{21 – 23 På} laserfrekvensmålinger, er den MIM diodedetektoren en harmonisk blander mellom to eller flere strålingskilder er innfallende på diode. Den MIM diode detektoren består av en skjerpet Wolfram ledning kontakter en optisk polert nikkel basen ^24. Den nikkelbasis har en naturlig forekommende tynt oksydlag som er det isolerende laget.

Når en laseremisjons ble detektert, ble dens bølgelengde, polarisering, styrke og optimalisert driftstrykk registreres mens frekvensen ble målt ved bruk av tre-laser heterodyne teknikk ^25-27 følge den metode som opprinnelig er beskrevet i Ref. 4. Figur 2 viser det optisk pumpet laser molekyl med to ekstra cw CO ₂ lasere som har uavhengige referansefrekvens stabilization systemer som benytter Lammet dukkert i 4,3 mikrometer fluorescens signal fra en ekstern, lavtrykk referansecelle ^28. Dette manuskriptet skisserer fremgangsmåten som brukes for å søke etter langt infrarød laser-utslipp, så vel som fremgangsmåte for å estimere deres bølgelengde og i nøyaktig bestemmelse av deres frekvens. Nærmere om de tre-laser heterodyn teknikk samt de ulike komponenter og driftsparametere i systemet kan bli funnet i Opplysning tabell A sammen med referanser 4, 25-27, 29 og 30.