原子分子在強激光場中的電離機制

馬文超 王曉楠

遼寧師范大學，遼寧 大連 116000

原子分子在強激光場中的電離機制

馬文超 王曉楠

遼寧師范大學，遼寧 大連 116000

由于超強超短脈沖激光技術的不斷發展以及獲取超短超強和高功率激光脈沖的能力上取得了重大進步，使得原子分子在強激光場下的電離和解離機制成為原子分子物理中的研究熱點，隨著激光場強度的增加，原子分子的電離機制分為多光子電離、閾上電離、場致電離和多電子電離。

強激光場；電離機制；原子分子

自激光器問世以來，激光與物質之間的相互作用就一直是人們研究的熱點。隨著激光技術的不斷發展，在獲取超短超強和高功率激光脈沖的能力上取得了重大進步。激光脈寬不斷縮短，科學家已經在實驗室產生了脈寬在阿秒量級（10-17～10-18s）的超短激光脈沖。隨著激光脈沖寬度達到原子分子內部振動乃至電子的運動周期，脈沖強度達到乃至超過原子分子內部電場強度，人們對原子分子物理的研究進入了嶄新的階段。而原子分子作為物質的基本單元，研究其在強激光場中的電離機制也變得極為重要。

強激光場是指強度在1012～1017W/cm2之間的激光場。原子分子在強場中的電離機制，可以隨著光強、脈沖寬度和頻率的不同，分為多光子電離、閾上電離、場致電離。

在強激光場下，原子或分子同時吸收兩個或者兩個以上的光子后失去電子成為離子的過程，稱為多光子電離。多光子電離一般發生在光場強度低，頻率較高的激光場中，如圖1（a），在激光強度較低的情況下，利用低階含時微擾理論，可以得到n個光子的電離概率的表達式為：，其中為n個光子電離時的吸收截面，的值是隨著n的增加急劇減小的。所以，多光子電離時所需要的光子數越多，電離的概率就越小。光場強度I越強，電離概率就越大。

閾上電離是指原子或分子在強光場中吸收的光子數n+s大于電離所需要的光子數n而發生的電離過程。其中多吸收的s個光子將轉化為出射電子的平動能，如圖1（b）。用微擾理論討論閾上電離，出射光電子的能量可以由Einstein光電效應方程計算出：，其中就是平均動能，n為電離所需最少光子數，s為多吸收的光子數，是激光的角頻率，為電離n個光子所需要的電離能。發生閾上電離現象的原因是強大的激光場使原子或分子所在的庫侖場發生某種變形，使吸收完光子后本應該被電離的電子還處在受庫侖場約束的狀態下，繼續吸收更多的光子，直到能量可以掙脫庫侖場。

場致電離可以分為隧穿電離和勢壘抑制電離。隧穿電離就是在強光、低頻率情況下，高強度的外電場把庫侖場扭曲，這種扭曲使在激光的偏振方向上形成一個勢壘，被束縛的電子越過勢壘發生電離，如圖1（c）。勢壘抑制電離是在隧穿電離基礎上將光強繼續增加，高強度的外電場繼續扭曲庫侖場，最終是庫侖場的勢壘高度越來越低，直到勢壘的高度小到不能再束縛電子，電子就越過勢壘，逃離庫侖場變成自由電子，如圖 1(d)。這里區別這幾種電離有一個重要的量，即。為了判斷出原子或分子在強場下的電離方式，Keldys定義出表達式：，當時發生的是隧穿電離，時發生的是勢壘抑制電離，時發生的是多光子電離。

隨著強激光甚至超強激光的輸出成為可能，為我們研究光與物質的相互作用提供更強有力的武器，也有新的領域正在慢慢擴展，這些正在進展的領域將來不僅僅為我們提供物質本身的性質，還會為改變物質本身的性質提供必要手段。

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