Введение к работе
Актуальность темы диссертации . Работа посвящена теоретическому исследованию спектров фотоэлектронов, образуемых при многофотонной надпороговой ионизации атомов в поле пространственно неоднородного и нестационарного лазерного фокуса. Многофотонная ионизация (см.ИЗ) относится к процессам нелинейного взаимодействия электромагнитного (ЭМ) излучения с веществом, в которых в каадом элементарном акте принимают участие несколько фотонов. Систематическое изучение такого рода процессов связано с появлр нием в 60-х годах источников когерентного высокоинтенсивного 'Щ излучения - лазеров.
Исследования в области многофотонной ионизации атомов представляют интерес с точки зрения развития новых методов исследования плазмы, атомных столкновений, пробоя в газах и твердых телах, поисков новых оптически активных сред. С другой стороны, такие исследования способствуют расширению знаний о структуре атомов, подверженных воздействию сильного ЭМ поля. 0 теоретичне кой точки зрения процессы многофотонной ионизации интересны том. что для их расчета необходимо рассматрішать движение електроні р двух сильных полях - ионного остагка и ЗМ волны. Это приводит к необходимости развития и предоставляет возможность для проверки различного рода приближенных методов, еыходящих за рамки теории возмущений.
В последнее десятилетие, в связи с дальнейшим развитием техники эксперимента и повышением мощности лазеров были открыты новые явления в области многофотонной ионизации, в частности -надпороговая ионизация. Суть этого явления состоит в том, что электрон в процессе ионизации поглощает больше фотонов, чем необходимо для его отрыва от атома. Энергия дополнительных квантов при этом вдет на увеличение скорости фотоэлектронов, в связи с чем их энергетический спектр состоит из ряда эквидистантных пиков, отвечающих поглощению определенного количества фотонов.
Хотя само по себе явление надпороговой ионизации не входило в противоречие со сложившимися ранее теоретическими воззрениями в области'многофотонной ионизации, расчет энергетического спектра фотоэлектронов и его зависимости от интенсивности и частоты ЭМ излучения сталкивается с рядом трудностей. Он требует рассмотрения как самого элементарного пктя фотоионизации, так и последующего движения электрона в неоднородном и нестационарном
поле лазерного фокуса. Для теоретического описания надпорогово ионизации бнл предложен ряд модальных подходов ( смЛ2] ),в одних из которых поглощение дополнительных квантов абуславлива ется свободно - свободными (СО) переходами 153, а в других -увеличением потенциала ионизации атома за счет эффекта Штарка последующим ускорением фотоэлектронов в поле градиентных сил. Однако каждый из этих подходов описывает только часть экспериментально наблюдаемых закономерностей. Для объяснения всего их круга необходимо рассматривать задачу в комплексе.
Цель работы.
-
Определение зависимости вероятности многофотонной нздпорого вой ионизации от первичной кинетической энергии и направления вылета фотоэлектронов.
-
Расчет спектров фотоэлектронов, образованных в пространстве но - неоднородном лазерном фокусе.
-
Исследование влияния СО переходов на спектры надпороговых фотоэлектронов.
-
Исследование влияния нестационарности интенсивности лазерно излучения на спектры надпороговых фотоэлектронов.
Научная новизна. В адиабатическом приближении получены конечные аналитические вырвжения, дащие зависимость вероятности многофотонной надпороговой ионизации от первичной кинетической энергии и направления вылета фотоэлектронов.
Получены приближенные формулы, пригодные для описания этих зависимостей в ряде предельных случаев ( сильного поля, туннелі ном, большого числа поглощенных квантов ).
Рассчитан спектр фотоэлектронов, образованных при многофотонной ионизации в поле пространотвеїшо - неоднородного лазерш го фокуса.
Развит подход, позволяющий учитывать влияние СО переходов і спектры надпороговых фотоэлектронов путем использования уравнений баланса заселенностей состояний континуума.
Рассчитаны спектры фотоэлектронов с учетом СО переходов, поглощения дополнительных квантов в связанно - свободных перехс дах и пространственной неоднородности лазерного фокуса.
Получены аналитические выражения, описывающие спектр фотоэлектронов, образуемых в нестационарном пространственно - неоднородном лазерном фокусе с учетом эффекта насыщения.
Научная и практическая ценность работы. Результаты работы
могут быть использованы для анализа и интерпретации экспериментальных данных по надоороговой многофотонной ионизации атомов. Их ценность определяется тем, что получены достаточно простые аналитические выражения, описывающие зависимость вероятности ионизации от первичной кинетической внергии и направлеїшя вылета фотоэлектронов и саэктры фотоэлектронов , образуемых в нестационарном пространственно - неоднородном лазерном фокусе а также тем, что проведен расчет спектров с комплексным учетом действия ряда факторов.
Положения, выносимые на защиту.
-
Аналитические выражения для зависимости вероятности многофотонной надоороговой ионизации от первичной кинетической энергии и направления вылета фотоэлектронов.
-
Метод расчета спектров надпороговых фотоэлектронов с учетом влияния СО переходов в рамках уравнений баланса засоленностей состояний континуума.
-
Расчет спектров фотоэлектронов с учетом пространственной неоднородности лазерного фокуса, поглощения дополнительных квантов в связанно - свободных и СО переходах.
-
Аналитические выражения для спектров фотоэлектронов, образуемых в нестационарном пространственно - неоднородном лазерном фокусе, полученные с учетом эффекта насыщения.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждались на:
XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1991);
X Всесоюзной конференции по теории атомов и атомных спектров (Томск, 1989) ;
рабочих совещаниях "Элементарные процессы в поле лазерного излучения" (Воронеж 1987; Feramo 1990);
научных семинарах в ГашГУ, МИФИ, Российского Университета дружбы народов, МФТИ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Объеи и структура работы .Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 110 страниц машинописи, в том числе 30 рисунков и список литературы из 65 наименований.
