Spettroscopia bidimensionale elettronica basata su un interferometro birifrangente

Two-dimensional electronic spectroscopy (2DES) is a technique that allows one to measure completely and exhaustively the non-linear third order polarization P(3) induced in the sample after the interaction with three laser pulses. The 2DES ensures extremely high temporal and spectral resolution, enabling one to study dynamics and ultrafast processes such as electronic couplings and energy transfers between di fferent species in complex systems. In the laboratory at the Physics Department of Politecnico di Milano the 2DES technique is performed in the so-called pump-probe geometry, a con figuration that requires the generation of two delayed, phase-locked and collinear pulses; in order to achieve this purpose, we have introduced the TWINS (Translating-wedge-based identical pulses encoding system) device, that is a simple and compact system which exploits the birefringence of a-BBO wedges. Furthermore, three diff erent non-collinear parametric ampli fiers (NOPAs) allow one to conduct degenerate or two-colors 2DES experiments in a broad bandwidth, from the visible to the near IR. In my thesis work, I have exploited this technique to conduct experiments on photosynthetic systems, in order to study the mechanisms that take part in the photosynthesis. In particular, the measurements presented refer to a sample of Rhodospirillum rubrum, a purple bacterium, in which the energy is absorbed by carotenoids (called Spirilloxanthin) and bacterioclorophylls in the light-harvesting complexes (LH) and then it is transferred to the reaction centers (RC), where the charge separation process occurs.

La spettroscopia elettronica bidimensionale (2DES) è una tecnica che consente di misurare in modo completo ed esaustivo la polarizzazione non lineare del terzo ordine P(3), indotta nel campione oggetto di studio in seguito all'interazione con tre impulsi laser. La 2DES garantisce un'elevata risoluzione sia temporale che spettrale, off rendo in questo modo la possibilit à di studiare dinamiche e processi ultraveloci quali accoppiamenti elettronici e trasferimenti di energia tra diverse specie in sistemi complessi. Nel laboratorio presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano la tecnica della 2DES è stata implementata in geometria pump-probe, con figurazione che richiede la generazione di una coppia di impulsi ritardati, collineari e agganciati in fase; a questo scopo, è stato introdotto il dispositivo TWINS (Translating-wedge-based identical pulses encoding system), un sistema semplice e compatto che sfrutta la birifrangenza di cunei di a-BBO. In aggiunta, tre diversi amplifi catori ottici parametrici non collineari (NOPA) consentono di svolgere esperimenti di 2DES in confi gurazione degenere o a due colori in un'ampia regione spettrale, dal visibile al vicino infrarosso. Durante lo svolgimento del mio lavoro di tesi, ho sfruttato questa tecnica per condurre esperimenti su campioni di sistemi fotosintetici, al fine di indagare i meccanismi che sono alla base della fotosintesi. In particolare, le misure presentate si riferiscono ad un campione di Rhodospirillum rubrum, un tipo di purple bacterium, in cui l'energia assorbita da parte di carotenoidi (Spirilloxanthin) e batterioclorofi lle nei complessi LH (Light Harvesting complexes) viene trasferita nei centri di reazione (RC) dove avviene il processo di separazione di carica.