многофотонная ионизация

МНОГОФОТОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ атома (молекулы) - образование иона в результате поглощения в одном элементарном акте одновременно неск. фотонов. M. и. является частным случаем более общего процесса многофотонного поглощения, включающего ещё и многофотонное возбуждение атома, и многофотонную диссоциацию молекул. M. и. происходит при энергии фотона _и (V_и - ионизационный потенциал ),когда процесс однофотонной ионизации (фотоионизации) невозможен, но суммарная энергия поглощённых m фотонов и. Целая часть величины

наз. степенью многофотонности (степенью нелинейности) процесса M. и. Многофотонная ионизация является одним из предельных случаев единого процесса перехода электрона из связанного состояния в атоме в свободное под действием переменного электрич. поля при (др. предельный случай - туннельный эффект). Переход электрона в свободное состояние при поглощении т фотонов происходит не по реальным связанным возбуждённым состояниям - уровням энергии в спектре атома (такие переходы невозможны ни при какой энергии фотонов ввиду ангармоничности атомного спектра), а с нарушением закона сохранения энергии в соответствии с неопределённости соотношением

Рис. 1. Зависимость сечения многофотонной ионизации от частоты излучения ; сплошная линия - для линейно поляризованного излучения, штриховая линия - для циркулярно поляризованного излучения.

Вероятность w одноврем. поглощения атомом т фотонов при M. и. связана с интенсивностью излучения I степенным соотношением т. е. резко зависит от напряжённости электрич. поля E световой волны. T. о., M. и.- нелинейная (по интенсивности излучения) ионизация. Сечение M. и. определяется свойствами конкретного ионизуемого атома (молекулы), частотой и поляризацией ионизующего излучения. Для расчётов величин используют нестационарную возмущений теорию. Типичный вид зависимостиприведён на рис. 1. Резонансные максимумы обусловлены реализацией промежуточных резо-нансов между частотой излучения (энергией фотонаi и энергией переходов из основного в возбуждённые состояния в спектре атома (молекулы). В слабом поле ионизующего излучения резонансные частоты определяются спектром атома. В сильном поле энергии переходов изменяются из-за динамич. поляризуемости атома (Штарка эффект в переменном поле). Для большинства частот излучения, когда промежуточные резонансы не возникают, процесс M. и. наз. прямым (рис. 2, справа); при наличии промежуточного резонанса с нек-рым возбуждённым состоянием - резонансным (рис. 2, слева). Вероятность прямого процесса M. и. описывается приведённым выше степенным соотношением; вероятность резонансного процесса определяется свойствами резонансного состояния.

Рис. 2. Схема процесса многофотонной ионизации: справа - прямой процесс; слева - резонансный.

M. и. не имеет порога по интенсивности излучения, однако для реализации достаточно большой вероятности M. и. необходима очень большая интенсивность излучения, достижимая лишь при использовании лазеров. Процесс M. и. большинства атомов, а также MH. молекул детально изучен экспериментально. Методом нестационарной теории возмущений выполнено большое число расчётов сечений M. и. Результаты расчётов удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов.

M. и. характерна для взаимодействия интенсивного лазерного излучения с разреженными газами; в плотных газах при давлениях от носк. торр и выше происходит лавинная ионизация (см. Лавана электронная).

Большая вероятность M. и. при больших интенсивностях излучения приводит к отсутствию красной границы при взаимодействии излучения (в частности, света) с газами, т. е. к отсутствию области прозрачности за счёт появления многофотонпого поглощения излучения.

Резонансный процесс M. и. лежит в основе метода многофотонной резонансной спектроскопии, к-рый характеризуется высокой селективностью по частоте и большой эффективностью регистрации.

Процесс M. и. в твёрдых телах наз. многофотонным фотоэффектом.

Лит.: Делоне H. Б., Крайнев В. П., Атом в сильном световом поле, 2 изд., M., 1984; Рапопорт Л. П., Зон Б. А., Манаков H. Л., Теория многофотонных процессов в атомах, M., 1978; Делоне H. Б., Взаимодействие лазерного излучения с веществом, M., 1989. H. Б. Делоне.

   <<      Предметный указатель      >>