SINTESI DI IMPULSI AL FEMTOSECONDO MEDIANTE GENERAZIONE DI TERZA ARMONICA
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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
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❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
❸ Analisi delle misure e risultati
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❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
❸ Analisi delle misure e risultati
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Scattering Raman stimolatoScattering Raman Scattering Raman stimolato
Scattering Raman
Osservazione: la coerenza vibrazionale è generata dalla presenza simultanea dei due impulsi.
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Scattering Raman stimolato e Pump & Probe
Si aggiunge un impulso di pump ultracorto che dà inizio alla reazione chimica d’interesse.
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❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
❸ Analisi delle misure e risultati
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Ottica non lineare
Dalle equazioni di Maxwell:
Si ricava:
Si scrive:
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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⁾
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Generazione di Terza Armonica diretta
Polarizzazione non lineare del terz’ordine è
Maxwell
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Generazione di Terza Armonica: SHG + SFG
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Phase Matching
Osservazione: l’efficienza dei processi decresce quando |Δk|L aumenta
Δk L/2
sinc²
(Δk
L/2)
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❶
Sotto le ipotesi di:• svuotamento;• walk off;• dispersione delle velocità di gruppotrascurabili.❷ Difficile phase matching:
Efficienza THG vs efficienza SHG + SFG
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❶ Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
❷ Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
❸ Analisi delle misure e risultati
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Apparato sperimentaleGenerazione di Terza Armonica
SHG BBO THG BBO
λ/2
Lamina di compensazione
di Calcite
Caratterizzazione dell’impulso Spettro della Terza Armonica
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Caratterizzazione impulsoDurata temporale
Apparato sperimentale Effetto Kerr
dove
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Quadratico
Caratterizzazione dell’impulsoEfficienza
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THG come SHG + SFG in regime di svuotamento non trascurabile
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Quadratico
Regime di svuotamento non trascurabile
Caratterizzazione dell’impulsoEfficienza
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Durata impulso della fondamentaleEnergia impulso di Terza armonica
Temperatura del laboratorio
Caratterizzazione dell’impulso
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Caratterizzazione dell’impulsoCorrelazioni
μ₂=1,54μJσ₂=0,05μJ
μ₁=1,64μJσ₁=0,03μJ
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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%.