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Nella regione spettrale compresa tra 3 e 11 micron si trova la maggior parte delle transizioni roto-vibrazionali fondamentali delle molecole. Tali transizioni presentano un’intensità di riga superiore di diversi ordini di grandezza rispetto a quella esibita nelle stesse specie molecolari dalle transizioni che cadono nella regione del visibile o del vicino infrarosso. Di conseguenza, l’eventuale disponibilità di sorgenti di radiazione coerente nel medio infrarosso accrescerebbe notevolmente la sensibilità di rivelazione per numerose molecole di interesse nella diagnostica ambientale e bio-medica. Di fatto, però, gli attuali limiti tecnologici offrono una scarsa e spesso inadeguata copertura della suddetta regione spettrale con sorgenti laser dirette. Per ovviare a tale lacuna, la radiazione della lunghezza d’onda desiderata viene prodotta mescolando opportunamente in un cristallo non lineare due fasci laser che emettono nel visibile o nel vicino infrarosso. L’interazione delle due onde, mediata dalla suscettività non lineare del mezzo, permette di generare in uscita al cristallo un nuovo fascio laser la cui frequenza è la differenza tra le frequenze dei fasci laser incidenti (fenomeno di generazione di frequenza differenza). La lunghezza d’onda λ così generata è data da:

λ=(1/λ₁-1/λ₂ )^-1(1)

Una regione spettrale particolarmente interessante, vista la pressochè totale assenza di sorgenti laser dirette, è quella compresa tra 3 e 3.5 micron. Per generare radiazione coerente in tale intervallo abbiamo scelto di utilizzare le seguenti sorgenti laser:

• Laser in fibra drogata ad erbio che emette nella regione 1.545-1.605 micron con una potenza massima di 5W.
• Laser a semiconduttore in cavità estesa che emette nell’intervallo 1.030-1.070 micron. La potenza del fascio laser prodotto da questa sorgente viene amplificata fino ad 1W da un amplificatore in fibra drogata ad itterbio.

I due fasci laser, opportunamente manipolati, vengono mescolati in un cristallo di niobato di litio polarizzato periodicamente (con un periodo di circa 30 micron) stabilizzato in temperatura. In virtù della (1), la lunghezza d’onda della radiazione generata copre l’intervallo 2.9-3.5 micron. Le proprietà ottiche del cristallo e le elevate potenze delle sorgenti laser sopra descritte, consentono di generare radiazione nel medio infrarosso con potenze fino a 3.5 mW. L’apparato sperimentale realizzato è mostrato in fig. 1. Lo spettrometro così realizzato è stato impiegato con successo in esperimenti di spettroscopia in saturazione del metano intorno 3070 cm^-1.

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