sintesi di impulsi al femtosecondo mediante generazione di terza armonica sapienza universita di...
TRANSCRIPT
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%.