Caractérisation des émissions laser infrarouge lointain et la mesure de leurs fréquences

Michael Jackson; Lyndon R. Zink

doi:10.3791/53399

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Article de méthode

Caractérisation des émissions laser infrarouge lointain et la mesure de leurs fréquences

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DOI :

10.3791/53399

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18 décembre 2015

Michael Jackson¹^,³ , Lyndon R. Zink²

¹Department of Physics, Central Washington University, ²Department of Physics, University of Wisconsin-La Crosse, ³College of Science and Technology, Millersville University

Dans cet article

Résumé

Nous décrivons la génération de rayonnement infrarouge lointain à l’aide d’un laser moléculaire pompé optiquement ainsi que la mesure de leurs fréquences avec des techniques hétérodynes. Le système et les techniques expérimentaux sont démontrés en utilisant le difluorométhane (CH₂, F₂) comme support laser, dont les résultats comprennent trois nouvelles émissions laser et huit fréquences laser mesurées.

Résumé

La production et l'évaluation ultérieure du rayonnement infrarouge lointain a trouvé de nombreuses applications en spectroscopie de haute résolution, de la radioastronomie, et l'imagerie térahertz. Pour environ 45 ans, la génération d'un rayonnement cohérent, l'infrarouge lointain a été accomplie en utilisant le laser à pompage optique moléculaire. Une fois que le rayonnement laser dans l'infrarouge lointain est détectée, les fréquences de ces émissions laser sont mesurés en utilisant une technique de laser hétérodyne trois. Avec cette technique, la fréquence inconnue du laser à pompage optique moléculaire est mélangée à la fréquence de différence entre les deux fréquences stabilisées de référence à infrarouge. Ces fréquences de référence sont générés par les lasers à dioxyde de carbone indépendantes, chacune stabilisée en utilisant le signal de fluorescence à partir de, une cellule de référence à basse pression externe. Le battement résultant entre les fréquences connues et inconnues laser est surveillée par un détecteur de diode points de contact métal-isolant-métal dont la sortie est observé sur un specanalyseur spectre. La fréquence de battement entre ces émissions laser est ensuite mesuré et combiné avec les fréquences de référence connus pour extrapoler l'inconnu fréquence du laser dans l'infrarouge lointain. Celui-sigma incertitude fractionnée résultant pour les fréquences laser mesurée avec cette technique est de ± 5 parties en 10 ^7. Déterminer avec précision la fréquence des émissions de laser infrarouge lointain est essentiel car ils sont souvent utilisés comme référence pour d'autres mesures, comme dans la grande enquêtes -resolution spectroscopiques de radicaux libres utilisant la résonance magnétique laser. Dans le cadre de cette étude, le difluorométhane, CH ₂ F _2, a été utilisé comme milieu de laser dans l'infrarouge lointain. En tout, huit fréquences laser infrarouge lointain ont été mesurées pour la première fois avec des fréquences allant de 0,359 à 1,273 THz. Trois de ces émissions laser ont été découverts au cours de cette enquête et sont déclarés à leur pression de fonctionnement optimal, la polarisation à l'égard du CO ₂

Introduction

La mesure des fréquences laser infrarouge lointain a été effectuée par Hocker et ses collègues en 1967. Ils ont mesuré les fréquences pour les émissions de la décharge directe laser de cyanure d'hydrogène 311 et 337 um, en les mélangeant avec des harmoniques d'ordre élevé d'un signal de micro-ondes dans une diode au silicium ^1. Pour mesurer des fréquences plus élevées, une chaîne de lasers et de dispositifs de mélange harmoniques ont été utilisés pour générer les harmoniques laser ^2. Finalement, deux stabilisée de dioxyde de carbone _(CO 2) lasers ont été choisis pour la synthèse de la différence nécessaire fréquences ^....