SINTESI DI IMPULSI AL FEMTOSECONDO MEDIANTE GENERAZIONE DI TERZA ARMONICA

SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA

FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALICORSO DI LAUREA TRIENNALE IN FISICA

Relatore:Dott. Tullio Scopigno

Candidato:Maria Chiara Braidotti

ANNO ACCADEMICO 2011/2012

Tesi di Laurea Triennale in Fisica

❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

❸ Analisi delle misure e risultati

❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

❸ Analisi delle misure e risultati

Scattering Raman stimolato

Scattering Raman Scattering Raman stimolato

Scattering Raman

Osservazione: la coerenza vibrazionale è generata dalla presenza simultanea dei due impulsi.

Scattering Raman stimolato e Pump & Probe

Si aggiunge un impulso di pump ultracorto che dà inizio alla reazione chimica d’interesse.

❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

❸ Analisi delle misure e risultati

Ottica non lineare

Dalle equazioni di Maxwell:

Si ricava:

Si scrive:

oppure: attraverso due processi del secondo ordine χ⁽²⁾, ovvero la generazione di seconda armonica (SHG) e la generazione di frequenza somma (SFG).

Generazione di Terza Armonica

La luce di terza armonica può essere generata attraverso due processi: Generazione diretta del terz'ordine dovuta alla suscettività non lineare χ⁽³⁾

Generazione di Terza Armonica diretta

Polarizzazione non lineare del terz’ordine è

Maxwell

Generazione di Terza Armonica: SHG + SFG

Phase Matching

Osservazione: l’efficienza dei processi decresce quando |Δk|L aumenta

Δk L/2

sinc

²(Δk

L/2

)

❶

Sotto le ipotesi di:• svuotamento;• walk off;• dispersione delle velocità di gruppotrascurabili.❷ Difficile phase matching:

Efficienza THG vs efficienza SHG + SFG

❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

❸ Analisi delle misure e risultati

Apparato sperimentaleGenerazione di Terza Armonica

SHG BBO THG BBO

λ/2

Lamina di compensazione

di Calcite

Caratterizzazione dell’impulso Spettro della Terza Armonica

Caratterizzazione impulsoDurata temporale

Apparato sperimentale Effetto Kerr

dove

Quadratico

Caratterizzazione dell’impulsoEfficienza

THG come SHG + SFG in regime di svuotamento non trascurabile

Quadratico

Regime di svuotamento non trascurabile

Caratterizzazione dell’impulsoEfficienza

Durata impulso della fondamentaleEnergia impulso di Terza armonica

Temperatura del laboratorio

Caratterizzazione dell’impulso

Caratterizzazione dell’impulsoCorrelazioni

μ₂=1,54μJσ₂=0,05μJ

μ₁=1,64μJσ₁=0,03μJ

Conclusioni

• Generazione sperimentale di impulsi di terza armonica nell’UV come pump per spettroscopia FSRS;

• Strategia: due processi χ⁽²⁾, vs singolo processo χ⁽³⁾, analisi efficienze e phase matching dei processi;

• Caratterizzazione sperimentale di spettro (265,3 ±0,2)nm con larghezza di banda (3,5±0,1)nm , durata (173±3)fs , efficienza che va dal 0,1% al 6% nel range di energia [40, 800] μJ e stabilità attorno al 3,8%.