Il s’agit d’une expérience de type « pompe -sonde ». Une impulsion laser « pompe » génère des excitations et/ou des ionisations dans l’échantillon et une impulsion « blanche », la « sonde », permet de mesurer le spectre d’absorption de l’échantillon à un temps donné par rapport à l’impulsion « pompe ». En comparant l’absorption de l’échantillon après et avant l’impulsion laser « pompe », le spectre d’absorption transitoire pour un délai « pompe-sonde » donné est obtenu. Le délai « pompe-sonde » Dt est contrôlé par une ligne à retard qui modifie la longueur du parcours optique de la « sonde » par rapport à la « pompe » ; en faisant varier ce délai, il est possible d’étudier les dynamiques et cinétiques d’évolution ultra-rapide du système.

Principe de l’expérience « pompe-sonde » d’absorption transitoire femtoseconde (GSH/GTH : génération de la seconde / troisième harmonique, CLB : continuum de lumière blanche)

• • • • • • • • Source laser : le laser utilisé est un laser Titane:Saphir amplifié commercial (Amplitude) produisant des impulsions centrée à 780 nm ayant une énergie de ~2mJ, une durée de ~130 fs, à un taux de répétition de 1 kHz, mais seulement 640 µJ de l’énergie est utilisée pour le montage d’absorption transitoire.
              • Générateur d’harmoniques : 90% de l’énergie du faisceau laser sont utilisée pour le faisceau « pompe » et envoyée vers un générateur d’harmoniques (Spectra Physics) pour produire soit la deuxième harmonique (GSH) à 390 nm soit la troisième harmonique (GTH) à 260 nm.
              • Continuum de lumière blanche : 10% de l’énergie du faisceau laser sert à produire un continuum de lumière blanche (CLB) par focalisation dans une lame de silice fondue ou de saphir qui va fournir l’impulsion « sonde », mais aussi une impulsion de référence permettant de prendre en compte les fluctuations du laser.
              • Ligne à retard : une platine de translation (Micro-Contrôle) de longueur 20 cm avec des pas de 1 µm permet des études jusqu’à la nanoseconde.
              • Détection : un spectrographe muni d’une tourelle 3 réseaux (ACTON) couplé à une caméra CCD 1300 x 400 pixels (Princeton Instruments) permet l’enregistrement simultané des faisceaux sonde et référence sur une gamme spectrale entre 300 nm et 850 nm.
              • Echantillons : il y a possibilité de travailler avec des échantillons liquides (en cellules en quartz de parcours optique 1 mm, à circulation ou non, ou sous forme de jet laminaire de 300 µm), ou avec des échantillons solides (lames minces ou films supportés ou non).

• • • • • • • • Solvatation de l’électron produit par photo-ionisation du solvant
              • Dynamique des états excités de composés moléculaires
              • Transfert de proton à l’état excité entre la pyranine et l’eau (TP de M2)
              • Transfert d’électron au sein de complexes porphyrines-polyoxométallates
              • Dynamique des porteurs de charge photogénérés dans des semi-conducteurs

Exemples de signaux (A spectres et B cinétiques) obtenus lors de l’étude du transfert de proton à l’état excité entre la pyranine et l’eau [Changenet2020]