Generazione di impulsi tunabili al picosecondo per spettroscopia Raman risolta in tempo
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Generazione di impulsi tunabili al picosecondo per spettroscopia
Raman risolta in tempo
Relatore: Dott. T.Scopigno
Laureanda: Michela Badioli
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• 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
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Sommario
Spettroscopia Raman• Raman: fotoni Stokes
(Antistokes) diffusi anelasticamente:ωS=ω0-ωvib
ωAS=ω0+ωvib
• Raman stimolato: presenza di fotoni Stokes aumento della sezione d’urtodirezionalità
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Resonance Raman (RR)
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• Se l’energia di eccitazione si avvicina a quella di una transizione elettronica R il termine (νrR − 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 grandezzaUtilità nello studio di macromolecole biologiche
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Raman pump-probe e limite di Fourier
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Linea di ritardo
probe
pump
CCD
monocromatore
campione
kt 15 cm-1 1ps
Impulsi larghezza spettrale
Limite di Fourier:
t ν
Pump-probe per lo studio di:• strutture transienti •reazioni chimiche•dinamiche ultraveloci fotoindotte
Raman pump-probe e limite di Fourier
6
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000
10
20
30
40
50
Inte
nsity
Frequency (cm-1)
CW
Spettro del fruttosio
RR su emoproteine
His
Fe Fe
CO (NO, O2)PUMP PROBE
Il FixL
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deoxy FixL: 5-coordinato
oxy FixL:6-coordinato
His
Fe
Kruglik et al. (2007)
FSRS: aggiramento del limite di Fourier
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FSRS
10
0 1000 20000,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
Inte
nsity
(Kco
unts
)
Energy Shift (cm-1)
Spettro FSRS del cicloesano
Estensione FSRS alle proteine: requisiti
• Tunabilità 350-500nm• Banda “stretta” <20cm-1
• Energia ~µJ
• Amplificatore ottico parametrico in due stadi (OPA)
• Compressione spettrale (SHG)
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Strategia
Partendo da impulsi (laser Ti:Sa):• λ centrale 800nm•Δν~500cm-1
Δt~40fs
Amplificazione parametrica e SHG
Conservazione dell’energia e del momento
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SHG
AMPLIFICAZIONE PARAMETRICA
CRISTALLI BIRIFRANGENTI
Primo stadio
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0,5-1 µJ
650-1020nm
1,6mJ
Secondo stadio
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Output:20-30 µJ
Compressione spettrale
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LVV
FWHM
SHFF
11886,0
2ν0
ν0
0 0
~tutte le frequenze dello spettro della fondamentale partecipano al processo
Performance: tunabilità
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Larghezza di banda ed energia
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2-3µJLarghezze ≤15 cm-1
6 cm-1
11 cm-1
Conclusioni: confronto con altre tecniche
• Tecniche lineari: – Filtro passabanda– Reticolo
• Tecniche non lineari:– SFG– DFG
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Di impulsi con chirp
Rendimento energetico ≈ riduzione di banda
Laimgruber et al. (2006)Rendimento energetico 10%--- energia 14 µJ
compressione spettrale da 2,3nm0,17nm
Sistema realizzato:•Energie ~µJ•Δλ~0,2nm partendo da ~30nm (impulsi più corti)•Primo esempio di tunabilità nel range ~330-500nm
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GRAZIE
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Phase matching
BBO uniassico negativo ne<no
Polarizzazione del fascio di pompa lungo direzione straordinaria
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Tipo I os+oi ep
Tipo II : os+ei ep es+oiep
Cristalli birifrangenti:
Differenze tra phase matching di tipo I e II
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Walk off
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Rodopsina
• Studio fasi iniziali processo visione
• Reazione di fotoisomerizzazione: rodopsina batorodopsina
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