Динамика атомных и молекулярных систем в сильном лазерном поле

• Автор: Тихонова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 353 с. : ил.

Глава I. Интерференционная стабилизация
ридберговских атомов в сильном поле
§1.1. Основные идеи и простейшие модели
интерференционной стабилизации ридберговских атомов
§1.2. Квазиклассическая теория интерференционной стабилизации
§1.3 Численные аЬ тШо исследования режима
интерференционной стабилизации
§1.4. Многофотопная резонансная ионизация атома
водорода и Л стабилизация в сильном поле
Глава II. Стабилизация Крамерса - Хеннебергера
§2.1. Приближение Крамерса - Хеннебергера
и концепция адиабатической стабилизации
§2.2. КХ стабилизация одномерных систем
и критерий применимости КХ приближения
§2.3. Стабилизация Крамерса - Хеннебергера в трехмерных системах
и пределы применимости КХ приближения в трехмерном случае
§2.4. Стабилизация циркулярных состояний атома водорода
§2.5. Свободно-свободные переходы
и их роль в возникновении КХ стабилизации
§2.6. Конкуренция различных каналов нелинейной
ионизации атома водорода в сильном лазерном поле
Глава III. Ионизация и стабилизация многоэлектронных
систем в сильном лазерном поле
§3.1. Обзор основных экспериментальных и теоретических данных по
двукратной ионизации многоэлектронных систем в лазерном поле
§3.2. Ионизация двухэлектронного атома в сильном поле
и межчастичные корреляции
§3.3. Динамика двухэлектронной ионизации и модель перерассеяния
§3.4. Рассеяние электронного волнового пакета на атоме
§3.5. Стабилизация двухэлектронных атомных систем

в сильном лазерном поле
§3.6. Особенности процесса ионизации и стабилизация
синглетных и триплетных состояний
Глава IV. Динамика молекул в сильном лазерном поле
§4.1. Обзор существующих экспериментальных и теоретических
исследований по вращательной динамике двухатомных молекул
§4.2. Выстраивание молекул лазерным полем в отсутствие
процессов ионизации и диссоциации
§4.3. Качественная картина выстраивания и модель одного терма
§4.4. Квантовая специфика вращательной динамики
молекул в сильном лазерном поле
Глава V. Нелинейный отклик молекулярной газовой среды, обусловленный ориентационными эффектами в поле
интенсивного фемтосекундного лазерного импульса
Глава VI. Ионизация атомов в интенсивном неклассическом
электромагнитном поле
Заключение
Литература

Исследование взаимодействия квантовых атомарных и молекулярных систем с интенсивными лазерными импульсами является в настоящее время интересной и быст-роразвивающейся областью физики. Это связано, прежде всего, с возможностью генерации лазерных импульсов терраваттной мощности с длительностью около 10 фс. Напряженность электрического поля в таких лазерных полях оказывается сравнимой или даже превышает напряженность поля внутри атомов и молекул. В этом случае традиционные представления о структуре атомного спектра, основанные на теории возмущений, оказываются неверны. Для атома водорода интенсивности лазерного излучения, соответствующие атомным значениям напряженности поля {Еш = 5 -109 В/см) составляют порядка 3.5-1016 Вт/см2. Отметим, что рекордно высокие интенсивности лазерного излучения достигнуты в лазерах иа кристалле титаната сапфира в импульсах длительностью —10 фс и составляют Ю20- 1022 Вт/см2. Возникает вопрос, в какой мере при таких сильных полях атом существует как связанная система. Оказывается, что в сильном поле происходит сильнейшая перестройка энергетических уровней и соответствующих им волновых функций состояний. Фактически, можно говорить о том, что в присутствии электромагнитного поля возникает новая система, «атом, одетый полем». «Одетый» атом характеризуется принципиально новыми свойствами и динамикой, существенно отличающейся от поведения атома в слабом поле.
Воздействие на квантовую систему такого сильного поля приводит к возникнове- -нию ряда новых эффектов, характеризующих динамику в сверхсильном поле: многофотонное вынужденное тормозное поглощение квантов поля, надпороговые ионизация и диссоциация, стабилизация относительно диссоциации и ионизации, генерация гармоник высокого порядка, аномально высокий выход двукратно заряженных ионов и др. [1-3]. Особенность всех вышеуказанных процессов заключается в их существенно нелинейной зависимости от интенсивности лазерного излучения и невозможности трактовки в рамках традиционных представлений, основанных на теории возмущений по полю [4].
Явление надпороговой ионизации было открыто экспериментально [5] и заключалось в эффективном поглощении атомным электроном квантов лазерного излучения, число которых в сильном поле может существенно превосходить минимальное количество, необходимое для ионизации системы. Как следствие этого, энергетические спектры электронов, образующихся в процессе ионизации, характеризовались периодиче-

Размер области счета выбирался так, чтобы можно было учитывать не менее десяти состояний с различными значениями главного квантового числа п = 1 ч- птш (нтах=Ю) и все состояния по угловому моменту, соответствующие данному п: / = 0-ь(и-1). Таким образом, полное число состояний дискретного спектра, которое может быть учтено в расчетах, составляет N = «тах(«„,ах +1)/2 =55. Контрольные расчеты показали, что в указанных условиях размер пространственной области счета должен быть не менее гтах = 180 А. Поэтому уравнение Шредингера дискретизировалось на прямоугольной сетке (р,д) в области
И^2тах =180 А,
02 Ртах =180 А.
Сетка строилась с неравномерным шагом так, чтобы обеспечить требуемую точность вычислений вблизи точки г = 0 в области быстро меняющегося потенциала. Общее число точек пространственной сетки составляло рхг = 480x960. Вблизи границ области счета Ртах' гтах в потенциал вводилась мнимая добавка, обеспечивающая “съедание” волновой функции и отсутствие отражения от границ.
Заселенности различных состояний дискретного спектра вычислялись путем проектирования рассчитанной волновой функции 1Р(г,в,{) на базис атомных состояний, невозмущенных полем электромагнитной волны {/?„Дг).РДсоз0)}:
1^(0 = |с„,(/)]2 . (1.76)
Вероятность ионизации вычислялась по формуле
^=1-ХЖД0Г- (177)
п-1 Ы0
При этом расчеты проводились в области интенсивностей, когда заселенности состояний с п > лтах пренебрежимо малы.
Альтернативный подход к вычислению вероятности ионизации заключается в вычислении доли электронной плотности вероятности, “съедаемой” вблизи границ пространственной области счета на достаточно больших временах после окончания лазерного воздействия. Следует, однако, иметь в виду, что выбор достаточно малой пространственной области с целью сокращения времени счета и экономии памяти неизбежно