Fourier transform spectroscopy in the visible and near-infrared region based on a birefringent interferometer

Fourier-transform (FT) spectroscopy is frequently used in both industrial and scientific applications. Typically, it employs a Michelson interferometer: light coming from the source is divided into two mutually coherent beams that travel different optical paths and then recombine to produce a fringe pattern. The interferogram of the light, namely intensity versus path difference, is recorded and the spectrum is deduced by means of a Fourier transform. In order to acquire data in a proper way, it is necessary to reduce external mechanical perturbations. Indeed, the latter might introduce a non-negligibile phase difference between the two interfering waves causing the disappearance of interference patterns. This is the reason why FT spectrometers are mostly employed in the infrared spectral range. By using radiation with wavelengths longer than the visible light, it is possible to compensate for the negative effect of mechanical vibrations. In this thesis work, an FT spectrometer based on TWINS (Translating-Wedge-based Identical pulses eNcoding System) is introduced. TWINS is a common-path birefringent interferometer that allows exceptional stability and high spectral resolution. To test its capabilities, several fluorescence experiments have been conducted. Samples of poly(ethylene oxide) functionalized graphene nanoribbons (GNRs) have been successfully analysed.

La spettroscopia in trasformata di Fourier (FT) è una tecnica che trova frequenti applicazioni sia in campo scientifico che industriale. Tradizionalmente, si basa sull'impiego di un interferometro di Michelson. Quest'ultimo produce una figura di interferenza tra due fasci di luce coerenti provenienti dalla medesima sorgente imponendo loro un ritardo variabile. La trasformata di Fourier del segnale in funzione del ritardo consente di ricavare lo spettro della sorgente. Per ottenere risultati corretti è necessario, però, limitare al minimo le vibrazioni meccaniche in quanto potrebbero generare delle fluttuazioni di fase non volute. Questo è il motivo per cui la spettroscopia FT viene principalmente utilizzata per la misura di luce infrarossa che, essendo caratterizzata da una maggiore lunghezza d'onda, risulta meno sensibile alle oscillazioni esterne. Nel presente lavoro di tesi viene introdotto uno spettrometro FT che sfrutta il dispositivo TWINS (Translating-Wedge-based Identical pulses eNcoding System); tale dispositivo è un interferometro costituito da cristalli birifrangenti che riesce a garantire sia un'elevata stabilità grazie alla sua struttura "common-mode", sia un'alta risoluzione spettrale. Al fine di dimostrare queste caratteristiche, sono stati condotti diversi esperimenti di fluorescenza su soluzioni di nanoribbons di grafene funzionalizzati con ossido di polietilene in THF.