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Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

Option M2: Processus photo‐induits dans des systèmes moléculaires complexes Première partie : Spectroscopie résolue en temps / Technique Pompe-Sonde Lionel POISSON l ionel.poisson@cea.fr 01.69.08.51.61. Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps. PLAN. Introduction

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Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

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  1. Option M2: Processus photo‐induits dans des systèmes moléculaires complexes Première partie : Spectroscopie résolue en temps / Technique Pompe-Sonde Lionel POISSON lionel.poisson@cea.fr 01.69.08.51.61 Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  2. PLAN • Introduction • Excitation cohérente d’un système à deux niveaux • Technique pompe-sonde • Mise en évidence de la localisation d’un paquet d’onde: dissociation du complexe de van der WaalsHg-Ar • Dissociation du complexe Hg-N2: observation de résonances rotationnelles. • Excitation cohérente d’un ensemble de niveaux vibrationnels: observation des récurrences vibrationnelles. • Interférences entre paquets d’onde : cas du dimère de césium. • Spectroscopie par cohérences rotationnelles. Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  3. Introduction Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  4. Historique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  5. Historique 1999: Ahmed ZEWAIL Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  6. HISTORIQUE Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  7. Impulsion fs exemple d’impulsion de 6 fs mesurée par autocorrélation Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  8. Ordre de grandeur Vitesse d’un atome (à température ambiante) ? 500-1000 m.s-1 Déplacement correspondant en 100 fs ? 1 Å Période de vibration de la molécule d’hydrogène dans son état électronique fondamental X1+ (we = 4401 cm-1)? 7,6 fs période de rotation de la molécule d’hydrogène dans son état électronique fondamental X1+ (EJ = 2BJ, B = 60 cm-1)? 280/J fs Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  9. Ordre de grandeur période de vibration de la molécule d’iode dans l’état excité B (we = 125 cm-1): 270 fs période de rotation de la molécule d’iode dans l’état excité B (EJ = 2BJ, B = 0,029 cm-1): 5.7/J ps période de vibration de la molécule de van der Waals Hg‑Ar dans l’état excité B (we = 6 cm-1): 6 ps période de rotation de la molécule de van der Waals Hg‑Ar dans l’état excité B (EJ = 2BJ, B = 0.02 cm-1): 8.3/J ps Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  10. Ordre de grandeur Nombre d’oscillations d’une impulsion laser de 6 fs centrée autour de 6000 Å: 3 Longueur d’une impulsion laser de 6 fs: 1.8 µm Largeur spectrale d’une impulsion de 1 ps (gaussienne): 15 cm-1 Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  11. Ordre de grandeur Vibration: 1000 cm-1 = 33 fs (proportionnel en 1/x) Spectre (comprimé…): 100 fs = 150cm-1 (proportionnel en 1/x) Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  12. Conclusion I 10-100fs échelle de temps des mouvements moléculaires Approche « en temps réel » de la dynamique et de la réactivité chimique Visualisation directe des mouvements moléculaires Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  13. Etats stationnaires Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  14. Projection sur états stationnaires Base complète: Evolution temporelle d’un état donné Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  15. Opérateur d’évolution Opérateur d’évolution : 0 Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  16. Projection sur états stationnaires Opérateur d’évolution : Evolution temporelle d’un système donné, sans utiliser les états propres Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  17. Spectroscopie Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  18. Dynamique Fonction d’autocorrélation : Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  19. Dynamique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  20. Dynamique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  21. Dynamique Spectroscopie Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  22. Dynamique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  23. Exemple Spectre d’absorption de CO2 Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  24. Exemple Module de la fonction d’autocorrélation Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  25. Excitation cohérente d’un système à deux niveaux Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  26. Excitation d’un système Région Franck-Condon Energie Spectre du Laser 0 Distance interatomique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  27. Excitation d’un système : cas 1 Energie 0 Distance interatomique 1 Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  28. Excitation d’un système : cas 2 Energie 0 Distance interatomique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  29. Excitation d’un système : cas 2 Energie 0 Distance interatomique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  30. Excitation d’un système : cas 2 Energie 0 Distance interatomique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  31. Redistribution d’énergie Niveaux vibrationnels du même état électronique et couplés par La diagonalisation de l’Hamiltonien donne alors de nouvelles fonctions propres : Diagramme de la molécule d’anthracène Exitation Franck-Condon de vers Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  32. Redistribution d’énergie Niveaux vibrationnels du même état électronique Fluoresence sur Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  33. Redistribution d’énergie Niveaux vibrationnels du même état électronique Fluoresence sur Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  34. Redistribution d’énergie Niveaux vibrationnels du même état électronique Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  35. Conclusion II • L’excitation cohérente de deux niveaux conduit à • la formation d’un état non stationnaire. • La transformée de Fourier de la modulation permet • de déterminer précisément l’écart entre les niveaux. •  Spectroscopie de haute résolution avec des impulsions larges Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  36. Technique pompe-sonde Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  37. Laser PICO Absorbant saturable Colorant Abs = 532 nm Fluo = 560 nm 0,5 ps 0,5 ps Nd: YAG Laser 6ns 40mJ 532 nm 6ns 560 nm 6ns Réseau Fente Cavité optique 50 µm 100 ps Colorant Abs = 560 nm 100 ps Fluo = 600 nm 0,5 ps Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  38. Laser PICO 6ns YAG 532 nm 0.5 ps 0.15 mJ accordable Eau Miroir Accordabilité: dichroïque <560 nm Fabry Perrot 7 µm >560 nm Filtre Interférentiel 1mm 0.5 ps 0.15 mJ accordable 6ns YAG 355 nm Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  39. Laser FEMTO YAG continu 532 nm Ti: Saphir Barreau large bande: 750-1000 nm => beaucoup de modes Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  40. Laser FEMTO 80 MHz 1nJ/pulse Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  41. Laser FEMTO Cavité + Pompage optique + Milieu amplificateur large bande + Blocage des modes par effet Kerr + Dispositifs de compression Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  42. Laser FEMTO Cavité + Pompage optique + Milieu amplificateur large bande + Blocage des modes par effet Kerr + Dispositifs de compression Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  43. Laser FEMTO: Amplification Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  44. Laser FEMTO : Amplification à dérive de fréquance Oscillateur 25 fs Etireur 300 ps Amplificateur 60 fs Compresseur Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  45. Laser FEMTO : Amplification Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  46. Rappel: Ordre de grandeur Vibration: 1000 cm-1 = 33 fs (proportionnel en 1/x) Spectre (comprimé…): 100 fs = 150cm-1 (proportionnel en 1/x) Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  47. Laser ATTO Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  48. Caractérisation des impulsions fs Rapport signal interférence/signal sans interférence Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  49. Caractérisation des impulsions fs Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

  50. Caractérisation des impulsions fs Option M2 OMP : Spectroscopie résolue en temps

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