SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA
FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN FISICA
SINTESI DI IMPULSI AL FEMTOSECONDO MEDIANTE
GENERAZIONE DI TERZA ARMONICA
Tesi di Laurea Triennale in Fisica
Relatore:
Dott. Tullio Scopigno
Candidato:
Maria Chiara Braidotti
ANNO ACCADEMICO 2011/2012
❶
Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
❷
Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
❸
Analisi delle misure e risultati
❶
❷
❸
Motivazione: Scattering Raman stimolato & Pump - Probe
Scattering
Scattering
Raman
Raman
stimolato
Scattering Raman
Scattering Raman stimolato
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
❷
❸
Ottica non lineare: Generazione di Terza Armonica
Ottica non lineare
Dalle equazioni di Maxwell:
Si scrive:
Si ricava:
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⁾
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 diretta
Polarizzazione non lineare del terz’ordine è
Maxwell
Generazione di Terza Armonica: SHG + SFG
sinc²(Δk L/2)
Phase Matching
Δk L/2
Osservazione: l’efficienza dei processi
decresce quando |Δk|L aumenta
Efficienza THG vs efficienza SHG + SFG
❶
Sotto le ipotesi di:
• svuotamento;
• walk off;
• dispersione delle velocità di gruppo
trascurabili.
❷ Difficile phase matching:
❶
❷
❸
Analisi delle misure e risultati
Apparato sperimentale
Caratterizzazione
dell’impulso
Generazione
TerzaArmonica
Armonica
Spettro delladiTerza
λ/2
SHG BBO
Lamina di
compensazione
di Calcite
THG BBO
Caratterizzazione impulso
Durata temporale
Apparato sperimentale Effetto Kerr
dove
Caratterizzazione dell’impulso
Efficienza
Quadratico
THG come SHG + SFG
in regime di svuotamento non trascurabile
Caratterizzazione dell’impulso
Efficienza
Quadratico
Regime di svuotamento
non trascurabile
Caratterizzazione dell’impulso
Durataimpulso
impulso
Energia
della
fondamentale
di Terza
armonica
Temperatura del
laboratorio
Caratterizzazione dell’impulso
Correlazioni
μ₂=1,54μJ
σ₂=0,05μJ
μ₁=1,64μJ
σ₁=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%.