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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) 4 0 2 • 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 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: t k CCD probe campione Pump-probe per lo studio di: • strutture transienti •reazioni chimiche •dinamiche ultraveloci fotoindotte 15 cm-1 1ps t ν 5 Raman pump-probe e limite di Fourier Spettro del fruttosio CW 50 Intensity 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -1 Frequency (cm ) 6 RR su emoproteine CO (NO, O2) Fe Fe His PROBE PUMP deoxy FixL: 5-coordinato Il FixL Fe His oxy FixL: 6-coordinato Kruglik et al. (2007) 8 FSRS: aggiramento del limite di Fourier 9 FSRS 0,0030 Intensity (Kcounts) 0,0025 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 0,0000 0 1000 2000 -1 Energy Shift (cm ) Spettro FSRS del cicloesano 10 Estensione FSRS alle proteine: requisiti • Tunabilità 350-500nm • Banda “stretta” <20cm-1 • Energia ~µJ Partendo da impulsi (laser Ti:Sa): • λ centrale 800nm •Δν~500cm-1 Δt~40fs 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 1,6mJ Primo stadio 0,5-1 µJ 650-1020nm SEGNALE POMPA IDLER 13 Secondo stadio Output: 20-30 µJ 14 Compressione spettrale FWHM 0 ,886 1 1 L VFF VSH ~tutte le frequenze dello spettro della fondamentale partecipano al processo 0 ν0 0 2ν0 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~0,2nm partendo da ~30nm (impulsi più corti) •Primo esempio di tunabilità nel range ~330-500nm Laimgruber et al. (2006) Rendimento energetico 10%--- energia 14 µJ compressione spettrale da 2,3nm0,17nm 18 GRAZIE 19 20 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+oiep 21 Differenze tra phase matching di tipo I e II 22 23 Walk off 24 Rodopsina • Studio fasi iniziali processo visione • Reazione di fotoisomerizzazione: rodopsina batorodopsina 25