1. Objetivos

Los objetivos de la asignatura son:

• » Proporcionar conocimientos básicos de los fenómenos basados en la interacción de pulsos láser ultrarrbápidos con átomos y moléculas.
• » Destacar los avances más actuales en técnicas de pulsos láser.
• » Desarrollar competencia en los métodos teóricos desarrollados para predecir y controlar los movimientos moleculares con pulsos láser.

Una vez finalizado el curso el alumno debería:

1. Comprender los principios básicos de la interacción de pulsos láser con átomos y moléculas.
2. Conocer las técnicas con aplicaciones en Química, basadas en pulsos láser.
3. Aplicar los métodos basados en pulsos láser y las técnicas de control de procesos químicos.

2. Contenidos

1. Pulsos de luz: características generales. Propagación de pulsos de luz en medios transparentes.
2. Óptica no lineal. Generación de segundo armónico. Interacciones paramétricas. Índice de refracción no líneal. Efecto lente de Kerr. Automodulación de fase. Absorbentes saturables.
3. Métodos para la generación de pulsos láser ultracortos: acoplamiento de modos. Amplificación de pulsos láser ultracortos. Caracterización y diagnóstico de los pulsos. Compresión y modelado de pulsos láser ultracortos.
4. Técnicas básicas con pulsos ultracortos: bombeo y sonda, fluorescencia inducida por láser, ionización multifotónica. Espectroscopía de absorción de transitorios. Espectroscopía de fluorescencia convertida.
5. Espectroscopía del estado de transición.
6. Reacciones de transferencia electrónica y protónica en fase gas y en disolución.
7. Femtobiología: dinámica de los procesos primarios en fotosíntesis y en la visión.
8. Control cuántico de las reacciones químicas.

3. Metodología

La docencia correspondiente al curso teórico intensivo se lleva a cabo mediante un sistema mixto que incluye i) lecciones magistrales, sobre un material didáctico previamente distribuido a los alumnos, y ii) ejercicios y trabajos prácticos, así como seminarios especializados relacionados con las materias impartidas. Esta parte intensiva es la que, de modo rotatorio, se desarrolla en una de las universidades participantes y que se coordina por el responsable local del programa. En este curso intensivo se le proponen al alumno una serie de ejercicios destinados a afianzar conceptos y a poner en práctica los conocimientos adquiridos. Una vez de vuelta a su universidad de origen, el alumno terminará de resolver los ejercicios y de realizar los trabajos prácticos propuestos bajo la supervisión del tutor de su universidad. Éste no sólo comprobará que el alumno realiza los ejercicios y trabajos sino que estará disponible para la resolución de cualquier duda que el alumno pueda plantear. A este fin dispondrá de instrucciones por parte de los profesores que imparten el curso sobre el nivel de exigencia en cada uno de los trabajos propuestos, y también sobre el nivel de dificultad que entrañan.

4. Evaluación

La evaluación de los estudiantes se realizará por parte de los profesores que imparten las asignaturas del curso teórico intensivo y el curso práctico (experimentación), de forma coordinada con los tutores de cada universidad (que deberán firmar las actas correspondientes). Una vez finalizado el curso intensivo, los alumnos han tenido que resolver una hoja de ejercicios de cada una de las asignaturas obligatorias que han entregado al correspondiente profesor/profesores de la asignatura para su corrección y evaluación. Así mismo, los alumnos han tenido que presentar un trabajo de comentario de artículos científicos representativos propuestos por los profesores de cada una de las asignaturas optativas. Todos estos trabajos se realizaron con el apoyo de tutorías mediante correo electrónico por parte de los profesores responsables de cada asignatura. La evaluación de los alumnos por parte del profesorado se ha basado en la asistencia y trabajo por parte de los alumnos durante las clases presenciales (70%) y en la evaluación de los ejercicios/trabajos propuestos realizados postreriormente de forma individual (30%).

5. Bibliografía

Libros.

• [1] Jean-Claude Diels y Wolfgang Rudolph, Ultrashort laser pulse phenomena. Fundamentals, techniques, and applications on a femtosecond time scale. Academic Press, Nueva York, 1996.
• [2] C. Rulliere (Ed), Femtosecond laser pulses, Springer-Verlag, Berlin, 1998.
• [3] P.M.W. French, The generation of ultrashort laser pulses, Rep. Prog. Phys., 58, 169 (1995).
• [4] Villy Sundstrõm Ed.,Femtochemistry and Femtobiology: ultrafast reaction dynamics at atomic-scale resolution. Imperial College Press, 1997.
• [5] D. Tannor, Introduction to Quantum mechanics: A time dependent perspective, University Sci. Books, Sausalito CA 2005.
• [6] V. Sundstrõm (ed.), Nobel Symposyum in Femtochemistry, Imperial College Press, London 1996
• [7] M. Shapiro and P. Brumer, Principles of Quantum Control of Molecular Processes, Wiley, NY 2003.
• [8] S.A. Rice and M. Zhao, Optimal Control of Molecular Dynamics, Wiley, NY 2000.

Artículos.

• [1] A. H. Zewail, La formación de las moléculas, Investigación y Ciencia, Febrero 1991.
• [2] A. H. Zewail, Laser Femtochemistry, Science, 242, 1645 (1988).
• [3] M. Gruebele and A.H. Zewail, Ultrafast Reaction Dynamics, Physics Today, May 1990, p.24-33.
• [7] A.H. Zewail and R. B. Bernstein, Real-time Laser Femtochemistry, Chemical and Engineering News, November 7, 1988, p. 24-43.
• [4] M.J. Rosker, M. Dantus and A. H. Zewail, Femtosecond real-time probing of reactions. I. The technique, J. Chem. Phys., 89, 6113 (1988).
• [5] M. Dantus, M.J. Rosker and A.H. Zewail, Femtosecond real-time probing of reactions. II. The dissociation reaction of ICN, J. Chem. Phys., 89, 6113 (1988).
• [6] A.H. Zewail, Femtochemistry: atomic-scale dynamics of the chemical bond using ultrafast lasers (Nobel Lecture), Angew. Chem. Int. Ed., 39, 2587 (2000).