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SINTESI DI IMPULSI AL FEMTOSECONDO MEDIANTE GENERAZIONE DI TERZA ARMONICA

SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA

FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI

CORSO 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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  • Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

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  • Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

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  • Analisi delle misure e risultati

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  • Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

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  • Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

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  • Analisi delle misure e risultati

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Scattering Raman stimolato

Scattering 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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  • Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

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  • Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

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  • Analisi delle misure e risultati

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Ottica non lineare

Dalle equazioni di Maxwell:

Si ricava:

Si scrive:

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Generazione di Terza Armonica

oppure:

  • attraverso due processi del secondo ordine χ⁽²⁾, ovvero la generazione

di seconda armonica (SHG) e la generazione di frequenza somma (SFG).

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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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Sotto le ipotesi di:

trascurabili.

  • Difficile phase matching:

Efficienza THG vs efficienza SHG + SFG

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  • Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe

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  • Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica

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  • Analisi delle misure e risultati

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Apparato sperimentale

Generazione 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 impulso

Durata temporale

Apparato sperimentale Effetto Kerr

dove

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Quadratico

Caratterizzazione dell’impulso

Efficienza

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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’impulso

Efficienza

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Durata impulso

della fondamentale

Energia impulso

di Terza armonica

Temperatura del laboratorio

Caratterizzazione dell’impulso

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Caratterizzazione dell’impulso

Correlazioni

μ₂=1,54μJ

σ₂=0,05μJ

μ₁=1,64μJ

σ₁=0,03μJ

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Conclusioni

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

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

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  • 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%.

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Chirp

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Dispersione della velocità di gruppo

Velocità di gruppo

Dispersione della velocità di gruppo

Lunghezza per cui due impulsi restano sovrapposti

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Caratterizzazione dell’impulso

Evoluzione temporale