Generazione di impulsi tunabili al picosecondo per spettroscopia
Generazione di impulsi tunabili al picosecondo per spettroscopia Raman risolta in tempo Relatore: Dott. T. Scopigno Laureanda: Michela Badioli 1
Sommario • • 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 2
Spettroscopia Raman • Raman: fotoni Stokes (Antistokes) diffusi anelasticamente: ωS=ω0 -ωvib ωAS=ω0+ωvib • Raman stimolato: presenza di fotoni Stokes aumento della sezione d’urto direzionalità 3
Resonance Raman (RR) • Se l’energia di eccitazione si avvicina a quella di una transizione elettronica R il termine (νr. R − ν 0 − νk)− 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 103 a 106 ordini di grandezza Utilità nello studio di macromolecole biologiche 4
Raman pump-probe e limite di Fourier Linea di ritardo pump monocromatore Impulsi larghezza spettrale Limite di Fourier: CCD probe campione Pump-probe per lo studio di: • strutture transienti • reazioni chimiche • dinamiche ultraveloci fotoindotte 15 cm-1 1 ps t ν 5
Raman pump-probe e limite di Fourier Spettro del fruttosio CW 6
RR su emoproteine CO (NO, O 2) Fe Fe His PROBE PUMP
deoxy Fix. L: 5 -coordinato Il Fix. L Fe His oxy Fix. L: 6 -coordinato Kruglik et al. (2007) 8
FSRS: aggiramento del limite di Fourier 9
FSRS Spettro FSRS del cicloesano 10
Estensione FSRS alle proteine: requisiti • Tunabilità 350 -500 nm • Banda “stretta” <20 cm-1 • Energia ~µJ Partendo da impulsi (laser Ti: Sa): • λ centrale 800 nm • Δν~500 cm-1 Δt~40 fs Strategia • Amplificatore ottico parametrico in due stadi (OPA) • Compressione spettrale (SHG) 11
SHG Amplificazione parametrica e SHG AMPLIFICAZIONE PARAMETRICA Conservazione dell’energia e del momento CRISTALLI BIRIFRANGENTI 12
Primo stadio 1, 6 m. J 0, 5 -1 µJ 650 -1020 nm 13
Secondo stadio Output: 20 -30 µJ 14
Compressione spettrale ~tutte le frequenze dello spettro della fondamentale partecipano al processo ν 0 2ν 0 15
Performance: tunabilità 16
Larghezza di banda ed energia 2 -3µJ Larghezze ≤ 15 cm-1 11 cm-1 6 cm-1 17
Conclusioni: confronto con altre tecniche • Tecniche lineari: – Filtro passabanda – Reticolo • Tecniche non lineari: – SFG Di impulsi con chirp – DFG Rendimento energetico ≈ riduzione di banda Sistema realizzato: • Energie ~µJ • Δλ~0, 2 nm partendo da ~30 nm (impulsi più corti) • Primo esempio di tunabilità nel range ~330 -500 nm Laimgruber et al. (2006) Rendimento energetico 10%--- energia 14 µJ compressione spettrale da 2, 3 nm 0, 17 nm 18
GRAZIE 19
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Phase matching Cristalli birifrangenti: Tipo I os+oi ep BBO uniassico negativo ne<no Polarizzazione del fascio di pompa lungo direzione straordinaria Tipo II : os+ei ep es+oi ep 21
Differenze tra phase matching di tipo I e II 22
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Walk off 24
Rodopsina • Studio fasi iniziali processo visione • Reazione di fotoisomerizzazione: rodopsina batorodopsina 25
- Slides: 25