Tutorials in Molecular Reaction Dynamics

Department of Chemistry University of Oxford

     The following solutions are fully worked through in a PDF that is available to print.

 

    

 

     2. (a) Using the fact that for a pulse with a Gaussian distribution of modes and Gaussian temporal intensity

              distribution, the time bandwidth product is 0.441 (Eq. (11.1))

                                                                

              Δν = 100 nm centred at 800 nm

                   = 4.7 x 10​13 Hz

 

              ∴ Δt​ = 0.441/4.7 x 1013

                      = 9.38 fs

 

         (b)  i. This part exploits the optical Kerr effect.

                  Using the expression nn​0​ + n​2I we obtain:

                  n​ = 1.76 + (3.1 x 10-16 x 1014)

                     = 1.791

 

                  The phase delay is given by:

                                                                     (Eq. (11.2))

                  Since , this can be rearranged to give:

                                                                        

                   𝜈 = c/𝜆

                                                                      

 

                   λ = 800 x 10-9 m, L​ = 0.005 m

                                                                        = 4.5 x 10-8

 

                ii. Using the expression n = n​0​ + n​2I ​we obtain:

                   n​ = 1.545

                   Now, using the equation:                 

                                                                          

                                                                           = 6.07 x 104

 

 

     3.  The large spectral width of a femtosecond light pulse results in a number of molecular eigenstates being 

          excited coherently, and this coherent superposition of wavefunctions then evolves over time.

          An example of a coherent oscillation is one that results from a coherent superposition of vibrational

          wavefunctions,  . The resulting wavepacket is written as:

                                                                      

          from Eq. (11.10).

          The wavepacket oscillates back and forth along the internuclear coordinate at the vibrational period.

                                                                        

                                                        

                                                          

                                                                  

                                                                

          (a) Plot for a harmonic oscillator with 𝜔= 170 cm-1

 

          (b) Plot for an anharmonic oscillator with 𝜔e = 170 cm-1 and 𝜔exe = 2 cm-1

 

                   These plots are shown below.

 

                                    

 

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