Классический подход к ионизации многоэлектронных систем в интенсивных электромагнитных полях фемтосекундной и субфемтосекундной длительности

• Автор: Гридчин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Взаимодействие атомных и молекулярных систем с сильным лазерным полем (обзор литературы)
Глава 1. Стабилизация классического двухэлектронного атома в сильном лазерном поле в приближении Крамерса-Хеннебергера

1.1 Введение

1.2 Модель

• 1.3 Метод Крамерса-Хеннебергера и потенциал Крамерса-Хеннебергера

двухэлектронной системы

1.4 Численный расчет

1.4.1 Распад состояний КХ - потенциала

1.4.2 Импульс конечной длительности

1.5 Обсуждение результатов

1.6 Основные результаты главы

Глава 2. Кулоновский взрыв двухатомных гетероядерных молекул в сильном лазерном поле
2.1 Введение
2.2 Численный расчет
2.2.1 Молекулярная система
2.2.2 Параметры электромагнитного поля
2.2.3 Численное моделирование
2.3 Анализ результатов расчета
2.3.1 Ограничения на область существования эффекта
2.3.2 Влияние силы Лоренца
2.3.3 Детектирование потенциала Крамерса - Хеннебергера
2.4 Основные результаты главы
Глава 3. Многоэлектронная ионизация атома в сильном лазерном поле:
квантовое и классическое приближение
3.1 Введение
3.2 Численный расчет
3.2.1 Модель
3.2.2 Метод исследования
3.3 Результаты
3.3.1 Двухэлектронная ионизация в случаях высокой и средней частот
3.3.2 Двухэлектронная ионизация в случае низкой частоты
3.3.3 Стабилизация двухэлектронного атома
3.3.4 Сложности классического описания многоэлектронных систем
3.4 Особенности ионизации двухэлектронного атома в ультракоротком
лазерном импульсе
3.4.1 Параметры системы и лазерного импульса
3.4.2 Результаты численного расчета
3.5 Основные результаты главы
Основные результаты и выводы
Литература

Актуальность
В настоящее время наблюдается быстрый прогресс в технике генерации ультракоротких лазерных импульсов высокой интенсивности. Одним из последних достижений является возможность создания импульсов с длительностью в один-два оптических цикла, а также продвижение в область мягкого рентгена уже с атгосекундной длительностью импульсов, что повлекло за собой возникновение нового раздела физики -аттосекундной метрологии. Столь высокое временное разрешение открывает широкие возможности для спектроскопии атомных и молекулярных систем. Действительно, столь короткие импульсы позволяют не только следить за динамикой атомных систем и протеканием химических реакций, но в перспективе и управлять ими. Однако, в теоретическом плане физика даже простейших атомно - молекулярных процессов в таких импульсах остается малоизученной. Более того, укорочение длительности лазерных импульсов одновременно сопровождается увеличением их интенсивности, и в настоящее время доступны импульсы с интенсивностью вплоть до 1022 Вт/см2. В ближайшем будущем ожидается достижение еще больших интенсивностей. Динамика вещества в таких сверхсильных полях также представляет практический интерес. Управляемый термоядерный синтез, создание электрон-позитронных пар, моделирование физических процессов при взрывах массивных звезд и на ранних стадиях эволюции Вселенной - это лишь небольшая часть актуальных исследований, которые можно будет проводить при достижении сверхвысоких интенсивностей лазерных импульсов. С другой стороны, традиционные теоретические подходы, основанные на нестационарной теории возмущений, оказываются малоэффективными при изучении эволюции атомных и молекулярных систем в сверхсильных полях, когда существенной оказывается динамика внутренних электронов. Необходимо создание новых теоретических моделей и методов, позволяющих наиболее полно описать возможные исходы реальных экспериментов. Именно поэтому при описании явлений в столь сильных полях классические методы исследования приобретают особое значение.

Такое поведение было объяснено тем фактом, что для молекул, ось которых первоначально ортогональна полю, оказывается важной радиационная связь с более высоковозбужденными состояниями {2рпи ,Ъ<1сгтак как прямой переход 1.5ег„ —> 2раи запрещен. Однако, важным является не это, а сам факт наблюдения в угловом распределении фрагментов, перпендикулярных полю.
В данной главе рассматривается диссоциация гетероядерной молекулы типа НА (Я- атом водорода, А- атом некоторого другого элемента, например, фтора, хлора, брома и т.п.) импульсом поля оптического диапазона частот, интенсивности Р > 1019 Вт/см2 и длительности 100 фс. Можно ожидать, что в полях столь высокой интенсивности двухэлектронная (q + l - электронная) ионизация молекулы происходит практически мгновенно, поэтому представляется разумным уделить основное внимание изучению второй стадии процесса диссоциативной ионизации — кулоновского взрыва
молекулярного иона НА^ д >1. В данной главе показано, что картина угловых распределений фрагментов кулоновского взрыва двухатомных гетероядерных молекул в процессе диссоциативной ионизации в сильном лазерном поле определяется структурой потенциала КХ. Кроме того, энергетические распределения фрагментов ядерной подсистемы позволяют определить форму потенциала КХ.
2.2 Численный расчет
2.2.1 Молекулярная система
Все расчеты были произведены для иона молекулы ІЮ. НО является удобной системой для численного расчета. Поскольку эта молекула имеет только два электрона, то можно предположить, что в сильных полях оба они будут удалены еще на переднем фронте лазерного импульса, а это, в свою очередь, позволяет принимать в рассмотрение динамику самих ионов Н*иО*, не экранированных электронами. С другой стороны, у НО есть ряд недостатков: как будет продемонстрировано ниже, небольшая разница в массах ядер и малое равновесное межъядерное расстояние ( Ррт„
1.5 а.е.) приводят к тому, что для достижения нужного эффекта (разлета фрагментов перпендикулярно полю) необходимо значительно повышать интенсивность лазерного импульса.