Design and implementation of a resonant dispersive wave based UV-XUV beamline for attochemistry experiments

This thesis work aims at developing and characterizing a setup employed for the generation of ultrashort light pulses in the Ultra-Violet (UV) spectral range, by exploiting soliton dynamics to achieve Resonant Dispersive Wave (RDW) emission in gas-filled Hollow Core Fiber (HCF) capillaries, that can serve in attochemistry spectroscopy experiments. The main target could be the investigation of photoinduced dynamics (in the timescale of femtoseconds) in bio-molecules of interest due to their strong absorption band in the UV range. RDW emission in noble gases in HCF has been identified as a viable alternative source to produce such short pulses with respect to others based on different mechanisms or nonlinear media. This novel technique has proven instead to overcome many state-of-theart limitations with further advantages. In fact, RDW has already been employed to produce energetic ultrashort tunable UV pulses, with temporal duration below 3 fs and μJ energy from the 400 nm down to below 200 nm. The experimental result of this work is the realization of a setup where an HCF is employed to generate UV via RDW emission on par with previous documented implementations. This has been done, in Neon and Helium, both with a stretched HCF and a rigid HCF. The latter is inserted in one arm of an interferometer so that, together with the semi-infinite cell producing XUV light from High Harmonic Generation (HHG) processes on the other, it can be exploited to produce pump (and probe) pulses for two colors spectroscopy experiments.

Questo lavoro di tesi ha lo scopo di sviluppare e caratterizzare un setup sperimentale da impiegare nella generazione di impulsi ultrabrevi di luce ultravioletta (UV) che possa essere utilizzato in esperimenti di spettroscopia ad attosecondi. Ciò si ottiene, sfruttando la dinamica dei solitoni in un processo di emissione di Resonant Dispersive Wave all’interno di fibre cave (HCF). L’obbiettivo principale consiste nell’indagine di dinamiche fotoindotte (su scala di femtosecondi) in biomolecole, grazie al loro forte assorbimento nel campo UV. L’emissione di RDWin HCF e gas nobili è già stata individuata come valida alternativa, capace di produrre impulsi così corti, ad altri sistemi che si basano su meccaniche differenti. Questa tecnica si è già dimostrata capace di superare molte limitazioni presenti allo stato dell’arte e portare altri vantaggi. Di fatto, le RDW sono già state impiegate nella generazione di impulsi UV ultracorti, energetici e regolabili, con durata temporale sotto ai 3 fs e energia nei μJ dai 400 nm fin sotto ai 200 nm. Il risultato di questa tesi è la realizzazione di un setup in cui una HCF viene utilizzata per generare UV tramite emissione di RDW alla pari di altri sistemi pubblicati. Tutto ciò è stato realizzato sia in Neon che in Elio, sia con una HCF allungabile che con una rigida. Quest’ultima si trova all’interno del braccio un interferometro così che, assieme alla luce XUV prodotta tramite generazione di armoniche di ordine elevato sull’altro braccio, possa essere impiegata per generare impulsi di pump per esperimenti di spettroscopia a due colori.