Sección eficaz de absorción de pares de fotones correlacionados en moléculas

Abstract

El proceso de absorción de pares de fotones correlacionados (ETPA, por sus siglas en inglés) ha ganado relevancia con el tiempo gracias a las diversas aplicaciones que posee tanto en física como en biología. En este trabajo se mide experimentalmente la probabilidad de ETPA a partir de la sección eficaz de absorción de pares de fotones correlacionados en la molécula de Rodamina B para dos concentraciones en solución de Metanol. La fuente de fotones correlacionados se obtiene por el proceso de conversión paramétrica espontánea (SPDC, por sus siglas en inglés). Esta fuente se caracteriza, en función de la potencia del bombeo y de la potencia de los pares de fotones, mediante un sistema de detección de coincidencias de los pares de fotones y a partir de la función de correlación temporal de segundo orden. Se comprueba la dependencia lineal de la absorción con el flujo del haz incidente en la muestra, como se predice teóricamente. Además, se obtiene la tasa de absorción de pares de fotones en las moléculas en función de la tasa de pares de fotones que son transmitidos por el solvente para ambas concentraciones y se determina la sección eficaz a partir del valor de la pendiente de la recta. Los resultados indican una mayor absorción y una menor sección eficaz para altas concentraciones de Rodamina B en Metanol. Los valores se encuentran en el orden de magnitud esperado para el fenómeno de ETPA y son comparables con valores obtenidos previamente con experimentos que emplean métodos similares de medición. Se evidenció que la absorción ETPA desaparece al filtrar los pares de fotones, como es de esperarse. Las medidas realizadas son una prueba de que se mide ETPA y no fenómenos como absorción de un fotón (SPA) o dispersión.

The process of Entangled Two-Photon Absorption (ETPA) has become relevant through time thanks to its diverse applications in physics and biology. In this work, the probability of ETPA is experimentally measured from the cross section of ETPA in molecules of Rhodamine B in a solution of Methanol for two concentrations. The source of entangled pairs of photons is obtained by means of the process of Spontaneous Parametric Down-Conversion (SPDC). This source is characterized, as a function of the pump power and the photon pairs intensity, by measuring the number of coincidences and using the second-order correlation function. The linear dependence of the ETPA process with the photon pair flux is proven. Furthermore, the rate of two-photon absorption in molecules as a function of the rate of pairs of photons that are transmitted through the sample is obtained for both concentrations and the cross section is determined from the slope of the line. The results indicate a greater ETPA rate and a smaller cross section for high concentrations of Rhodamine B in Methanol. The values are within the order of magnitude expected for the process of ETPA and they are comparable with other values obtained previously with experiments that implement similar experimental techniques. The ETPA process disappears when filtering the pairs of photons, as expected. The results of this work prove the dominance of ETPA process and not of other processes such as Single Photon Absorption (SPA) or dispersion.