Premessa: i seguenti titoli di tesi e le relative attività sono collegati all’attività di ricerca del laboratorio COSMOS.

Microscopia olografica ultra-veloce nel medio infarosso

Questa attività di tesi è focalizzata sullo sviluppo di una piattaforma di microscopia all’avanguardia nell’ambito di un progetto europeo Pathfinder (TROPHY). L’obiettivo della piattaforma è acquisire in maniera rapida immagini iperspettrali di biopsie tumorali nella regione di fingerprint molecolare, ovvero nel medio infrarosso, mantenendo al contempo una risoluzione spaziale sub-micrometrica e quindi sub-cellulare. Il lavoro prevede l’ottimizzazione sotto diversi aspetti di un microscopio prototipale esistente, tra cui: i) l’integrazione di una lunga linea di ritardo ottica per studiare nel tempo il segnale indotto dall’eccitazione ultra-breve nell’infrarosso, analizzandone l’evoluzione da una fase pre-termica a una termica; ii) lo sviluppo di un sistema di controllo remoto per impostare la frequenza e il duty cycle dell’eccitazione, per sincronizzare l’acquisizione dati dalla camera, per regolare il ritardo tra gli impulsi di pompa (infrarosso) e sonda (visibile), infine per effettuare la scansione del ritardo ottico in un interferometro di Fourier, utilizzato per leggere il contenuto spettrale del segnale misurato; iii) l’implementazione di tecniche avanzate di elaborazione immagini, come l’imaging differenziale e l’analisi basata su trasformata di Fourier, per estrarre informazioni chimiche quantitative dai dati acquisiti.

Sviluppo di una sorgente laser a picosecondi di alta elevata energia ed ampia accordabilità nel medio infarosso

Questa attività è incentrata sulla progettazione e realizzazione di una seconda sorgente laser per la piattaforma di microscopia TROPHY, caratterizzata da: i) banda ottica di circa 10 cm⁻¹, per garantire elevata risoluzione spettrale evitando nel contempo un eccessivo riscaldamento del campione; ii) amplissima accordabilità spettrale da 5.5 a 10 μm, per coprire le frequenze vibrazionali da 1000 a 1800 cm⁻¹, particolarmente rilevanti per misurare il contrasto biochimico; iii) energie di impulso superiori a 10 μJ, per ottenere segnali fototermici intensi anche su ampi campi visivi. La sorgente laser non lineare sarà alimentata da un laser a femtosecondi Ti:sapphire amplificato a 0.8 μm e farà uso di una combinazione di processi lineari e non lineari, come lo spectral focusing, l’amplificazione parametrica ottica (OPA) e la generazione di differenza di frequenza (DFG), con l’obiettivo di ottenere al contempo un’efficienza di conversione elevata nel medio infrarosso e una banda spettrale ristretta. La sorgente sarà completamente automatizzata, per fornire lunghezze d’onda su richiesta all’interno dell’intervallo di sintonizzazione.