Seminario

(1)

Generazione di impulsi tunabili al

picosecondo per spettroscopia

Raman risolta in tempo

Relatore:

Dott. T.Scopigno

Laureanda:

Michela Badioli

(2)

• Spettroscopia Raman

• Tecnica pump-probe

• Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy (FSRS)

• L’apparato realizzato:

– Amplificatore parametrico in due stadi

– Compressione spettrale tramite generazione di seconda

armonica (SHG)

• Risultati ottenuti

(3)

Spettroscopia Raman

• Raman: fotoni Stokes

(Antistokes) diffusi

anelasticamente:

ω

S

=ω

0

-ω

vib

ω

AS

=ω

0

+ω

vib

• Raman stimolato:

presenza di fotoni Stokes

 aumento della sezione

d’urto

(4)

Resonance Raman (RR)

• Se l’energia di eccitazione si avvicina a quella di una transizione

elettronica R il termine (ν

rR

− ν

0

− ν

k

)

−1

domina sugli altri  aumento

della sezione d’urto

• L’intensità dei modi Raman della specie molecolare associata a quella

particolare transizione viene in questo caso notevolmente aumentata,

da 10

3

a 10

6

ordini di grandezza

Utilità nello studio di macromolecole biologiche

2 4

0





(5)

Raman pump-probe e limite di Fourier

Linea di ritardo probe pump CCD monocromatore campione

k

t











15 cm

-1

 1ps

Impulsi larghezza

spettrale

Limite di Fourier:

Pump-probe per lo studio di:

• strutture transienti •reazioni chimiche

(6)

Raman pump-probe e limite di Fourier

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 10 20 30 40 50 In te ns ity Frequency (cm-1 )

CW

Spettro del fruttosio

(7)

RR su emoproteine

Fe Fe

(8)

Il FixL

deoxy FixL: 5-coordinato oxy FixL: 6-coordinato His Fe Kruglik et al. (2007)

(9)

(10)

FSRS

0 1000 2000 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 In te ns ity ( K co un ts ) Energy Shift (cm-1) Spettro FSRS del cicloesano

(11)

Estensione FSRS alle proteine:

requisiti

• Tunabilità 350-500nm

• Banda “stretta” <20cm

-1

• Energia ~µJ

• Amplificatore ottico

parametrico in due

stadi (OPA)

• Compressione

spettrale (SHG)

Strategia

Partendo da impulsi

(laser Ti:Sa):

• λ centrale 800nm

•Δν~500cm

-1

Δt~40fs

(12)

Amplificazione parametrica

e SHG

Conservazione dell’energia e del momento

SHG

AMPLIFICAZIONE PARAMETRICA

(13)

Primo stadio

0,5-1 µJ

650-1020nm

0,5-1 µJ

650-1020nm

1,6mJ

(14)

Secondo stadio

Output:

20-30 µJ

Output:

(15)

Compressione spettrale

L

V

FWHM

SH FF

1

886 ,

0 







~tutte le frequenze dello

spettro della fondamentale partecipano al processo

(16)

(17)

Larghezza di banda ed energia

2-3µJ

Larghezze ≤15 cm

-1

2-3µJ

Larghezze ≤15 cm

-1 6 cm-1 11 cm-1

(18)

Conclusioni: confronto con altre

tecniche

• Tecniche lineari:

– Filtro passabanda

– Reticolo

• Tecniche non lineari:

– SFG

– DFG

Di impulsi con chirp

Rendimento energetico ≈ riduzione di banda Laimgruber et al. (2006) Rendimento energetico 10%--- energia 14 µJ compressione spettrale Sistema realizzato: •Energie ~µJ •Δλ~0,2nm partendo da ~30nm (impulsi più corti)

•Primo esempio di tunabilità nel range

(19)

(20)

(21)

Phase matching

BBO uniassico

negativo n

e

<n

o

Polarizzazione del

fascio di pompa lungo

Tipo I os+oi ep

Tipo II : os+ei ep

es+oiep

(22)

Differenze tra phase matching di tipo I

e II

(23)

(24)

(25)