German Title: Formung und Charakterisierung durch Dispersionsscan von ultraschnellen Mittinfrarotpulsen und Effekt der CNN Streckschwingung auf die Photoreaktion von 2-Diazo-1-Naphthol-5-Sulfonat

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Abstract

Characterisation, compression and shaping of mid-infrared (MIR) pulses are demonstrated in an acousto-optic modulator (AOM) shaper based setup. Characterisation of the pulses’ spectral phase is accomplished via an AOM shaper based variant of dispersion scan (d-scan). By a combination of d-scan and an evolutionary algorithm, broadband MIR pulses centred at 3.2 µm are compressed to below 50 fs FWHM autocorrelation. The shaping and characterisation capabilities of the setup are demonstrated by imprinting and retrieving a set of spectral phases of increasing complexity on compressed broadband MIR pulses. Moreover, the effect of excitation of the C=N=N stretching vibration on the photoreaction of 2-diazo-1-naphthol-5-sulfonate dissolved in methanol is investigated. The C=N=N stretch mode is excited up to at least v=3 by ultrafast MIR pulses. Molecular dissociation in the electronic ground state is not observed. Vibrational excitation decays within 20 ps. Experiments on vibrationally mediated photodissociation show that vibrational pre-excitation increases the photoreaction’s quantum yield by at least 10% compared to excitation of the molecule by a mere ultraviolet pulse. This is explained by an increased Franck-Condon overlap of the edge of the electronic ground state’s potential energy surface with the reactive part of the potential energy surface of the electronic excited state.

Translation of abstract (German)

Charakterisierung, Kompression und Formung von Mittinfrarotpulsen (MIR-Pulsen) wird in einem Aufbau basierend auf einem Pulsformer mit akusto-optischem Modulator (AOM) demonstriert. Charakterisierung der spektralen Phase der Pulse geschieht durch eine AOM-Pulsformer basierte Variante von Dispersionsscan (d-scan). Durch Kombination von d-scan und einem evolutionären Algorithmus werden um 3.2 µm zentrierte, breitbandige MIR-Pulse auf unter 50 fs FWHM Autokorrelation komprimiert. Die Fähigkeiten des Aufbaus bezüglich Pulsformung und –charakterisierung werden demonstriert, indem spektrale Phasen steigender Komplexität auf komprimierte, breitbandige MIR-Pulse aufgeprägt und rekonstruiert werden. Zusätzlich wird der Einfluss der Anregung der C=N=N Streckschwingung auf die Photoreaktion von 2-Diazo-1-Naphthol-5-Sulfonat in Methanol Lösung untersucht. Die C=N=N Streckschwingung wird bis mindestens v=3 durch ultraschnelle MIR-Pulse angeregt. Eine Dissoziation des Moleküls im elektronischen Grundzustand wird nicht beobachtet. Die Vibrationsanregung klingt innerhalb von 20 ps ab. Experimente zur schwingungsvermittelten Photodissoziation zeigen, dass die Quantenausbeute der Photoreaktion durch die Schwingungsvoranregung um mindestens 10% erhöht ist im Vergleich zur Molekülanregung mit einem bloßen Ultraviolett-Puls. Dies wird durch einen vergrößerten Franck-Condon Überlapp zwischen der Flanke der Potentialhyperfläche des elektronischen Grundzustands mit dem reaktiven Teil der Potentialhyperfläche des elektronisch angeregten Zustands erklärt.