Plateforme de spectroscopie d’absorption transitoire multi-échelle femto-milliseconde.

Les chercheur·es et ingénieur·es du pôle de « Dynamique Interne des Biomolécules » (DynaBio) du Laboratoire d’Optique et Biosciences (LOB) sont des spécialistes de l’étude des processus biologiques fondamentaux à l’échelle moléculaire au moyen de techniques de spectroscopie optique ultra-rapides de type pompe-sonde reposant sur l’utilisation de lasers femtosecondes. Ils ont développé une nouvelle méthode de spectroscopie résolue en temps multi-échelle permettant de mesurer des dynamiques allant de la centaine de femtosecondes jusqu’à la milliseconde, grâce à la technique ADASOPS (Arbitrary-Detuning ASynchronous Optical Sampling). La technique ADASOPS permet de contrôler précisément le retard entre deux impulsions issues de deux sources laser différentes..

Dans le cadre d'ULTRAFAST-LUMA, le LOB a décidé d’ouvrir une plateforme de spectroscopie ultrarapide multi-échelle, avec l’accès à 2 expériences pompe-sonde utilisant deux sources laser fs Ti:Sa kHz et la technique ADASOPS :

• pompe UV-Visible (femtoseconde)-sonde multi-échelle en large bande spectrale couvrant le domaine Visible (400 nm – 750 nm) avec une détection kHz,

• pompe UV-Visible (femtoseconde)-sonde multi-échelle en large bande spectrale couvrant le domaine infrarouge moyen de 1300 cm^-1 à 2400 cm^-1 avec une détection kHz.

2 autres expériences, couplant une source Ti:Sa kHz et une source laser Ytterbium (Yb, acquisition d’une source dans le cadre du PEPR LUMA) à haut taux de répétition (250kHz), sont actuellement en cours de développement et seront ouvertes courant 2025. 

En appui, les visiteurs auront accès au laboratoire de biochimie pour préparer leurs échantillons et à différentes cellules permettant le renouvellement de l’échantillon et un contrôle de la température. La finalité de l’accueil étant d’obtenir les spectres d’espèces transitoires et leurs temps de vie caractéristiques, un support pour le traitement des données sera également possible. 

En résumé, pour sonder les dynamiques de la sub-picoseconde jusqu’à la milliseconde de façon continue, cruciales pour la majeure partie des systèmes complexes photo-actifs (photo-catalyse, cellule solaire, photosynthèse, bio-imagerie, protéines photoactivables), la plateforme multi-échelle du LOB permettra à terme de couvrir de façon continue de la femtoseconde jusqu’à la milliseconde le domaine spectral UV-Vis-NIR (220 nm – 2000 nm) et MIR (4-10 µm). 

Exemples de publications et brevets illustrant l'offre scientifique et technique :

[1] L. Antonucci et al., Device for managing pulses in pump-probe spectroscopy, US patent 10190972B2 (2019).

[2] D. Sorigué et al., Mechanism and dynamics of fatty acid photodecarboxylase, Science 372, eabd5687 (2021).

Accueil : 

250 jours

Nouveaux équipements acquis et ouverts à l'accueil dans le cadre d’ULTRAFAST-LUMA : 

UV-Vis-NIR

Impulsions laser:

Sonde 500 Hz, 100 fs, Continuum de lumière blanche (370 – 750 nm) 
Pompe 500 Hz, 100 fs, 4 µJ à 400 nm et 2 µJ 520-700 nm
S/N: 1%RMS

Environnement de l’échantillon :

Température 10 - 80°C 
Déplacement Lissajoux et pompe péristaltique pour renouvellement de l’échantillon à 1 kHz, possibilité de coupler avec une irradiation stationnaire.

Détection :

Spectroscopie pompe-sonde multi-échelle (ADASOPS) avec un retard pompe-sonde contrôlé à 500 fs RMS près jusqu’à un retard maximum de 1 ms. Résolution spectrale de 1 nm.

Domaines d’application : 

Spectroscopie électronique multi-échelle

Evolution future :

Accordabilité de la pompe étendue au domaine UV-visible après acquisition d’un OPA
Accordabilité de la sonde en cours de développement de 220 nm – 2000 nm
Taux de répétition de la sonde porté à 125 kHz en cours de développement avec un laser Ytterbium

MIR

Impulsions laser:

Sonde 1 kHz, 100 fs, 1 µJ à 5 µm, accordable entre 1200 et 2400 cm-1
Pompe 500 Hz, 100 fs, 1 µJ à 400 nm
Stabilité: 1%RMS

Environnement de l’échantillon :

Température ambiante 
Pompe péristaltique pour renouvellement de l’échantillon à 1 kHz

Détection :

Spectroscopie pompe-sonde multi-échelle (ADASOPS) avec un retard pompe-sonde contrôlé à 500 fs RMS près jusqu’à un retard maximum de 1 ms. Résolution spectrale de 1 cm-1.

Domaines d’application : 

Spectroscopie vibrationnelle multi-échelle

Evolution future :

Accordabilité de la pompe étendue au domaine UV-visible après acquisition d’un OPA
Taux de répétition de la sonde portée à 125 kHz après l’acquisition d’un laser Ytterbium

Personnels :

Laura Antonucci, Adeline Bonvalet, Pascale Changenet, Manuel Joffre, Michel Sliwa, Xavier Solinas, Marten Vos