xạ sóng hài
Cơ chế tương tác LASER với nguyên tử phụ thuộc vào cường độ của nó.
Trường LASER yếu hơn nhiều so với trường tĩnh điện Coulomb của nguyên tử thì trường LASER chỉ có tác dụng khuấy nhiễu nhẹ trạng thái lượng tử
của nguyên tử. Các mức năng lượng của nguyên tử chỉ bị dịch chuyển nhẹ với độ
dịch chuyển tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường của LASER ( 2
a
E ) gọi là sự
dịch chuyển Stark (ac Stark shift). Lúc này hiệu ứng phi tuyến có thể xét như nhiễu loạn. Do đó, vùng này được gọi là vùng nhiễu loạn của quang học phi tuyến.
Tóm lại, vùng quang học phi tuyến nhiễu loạn, các electron không chuyển từ
trạng thái này sang trạng thái khác mà chỉ dịch chuyển nhẹ xung quanh trạng thái ban đầu của nó dưới tác dụng của nhiễu loạn. Trong vùng này thì sự ion hóa nguyên tử chỉ có thể diễn ra theo cơ chế đa photon, nghĩa là nguyên tử hấp thụ liên tiếp nhiều photon làm cho năng lượng của nó tăng dần đến khi lớn hơn năng lượng liên kết chuyển sang trạng thái kích thích. Sự ion hóa như vậy gọi là sự ion hóa đa photon (multiphoton ionization).
Hình 1.4.1: Sự ion hóa đa photon
Ở cường độ yếu và trung bình, thế năng hiệu dụng gần giống với thế năng Coulomb không bị nhiễu loạn và electron chỉ có thể được giải phóng bằng cách hấp thụ
Trường LASER có cường độ tương đương trường Coulomb sự ion hóa xảy ra theo cơ chế xuyên hầm qua hàng rào thế tạo bởi thế Coulomb và thế năng của trường LASER vùng phổ liên tục.Trường LASER tác dụng lên các electron
ở ngoài cùng thì có một xác suất đáng kể để electron thoát khỏi trạng thái của nó bằng cách chui ngầm hoặc vượt rào trước khi điện trường của LASER đổi dấu. Bó sóng electron sau đó sẽ dao động trong trường phân cực thẳng của LASER với biên
độ dao động lớn hơn bán kính Bohr nhiều về độ lớn và động năng trung bình của mỗi chu kỳ dao động lớn hơn năng lượng liên kết Wb. Vùng của các quá trình này gọi là vùng trường mạnh (strong-field regime) của quang học phi tuyến. Trong vùng này thì sự phân cực phi tuyến gây ra bởi sự ion hóa trường quang học chỉ xuất hiện khi electron vẫn còn liên kết với ion mẹ của nó. Một khi electron đă được giải phóng tự do thì chuyển động của nó tuân theo các phương trình của cơ học Newton.
Trường hợp trườngLASER mạnh:
Trường LASER đủ mạnh hơn trường Coulomb làm cho electron liên kết yếu nhất với hạt nhân xuyên qua hàng rào thế tạo bởi thế Coulomb, thế năng của trường LASER electron đi vào vùng phổ liên tục. Quá trình này được gọi là sự ion hóa trường quang học.
Hình 1.4.2: Sự ion hóa xuyên hầm duới tác dung của trường LASER
Khi cường độ trường đủ mạnh. Hàng rào Coulomb trở nên hẹp hơn, cho phép sự ion hóa xuyên hầm xảy ra và tạo thành một dòng xuyên hầm phụ thuộc (adiabatically) vào sự thay đổi của thế năng tổng hợp.
Trường LASER mạnh hơn rất nhiều so với trường tĩnh điện Coulomb:
Khi vật chất được đặt vào một trường LASER mạnh thì một loạt các hiện tượng lý thú xảy ra mà trong sốđó ta chú ý đến hai hiện tượng:
Sự ion hóa vượt rào (above-threshold, above-barrier ionization) : khi đặt trong trường laser mạnh đinh rào thế thấp hơn thế năng electron. Electron vượt rào thế đi vào vùng liên tục.
Hình 1.4.3 Sự ion hóa vượt rào
Khi cường độ trường rất mạnh, biên độ địên trường đạt đến giá trịđủđể vượt qua hàng rào Coulomb bên dưới mức năng lượng của trạng thái cơ bản, mởđường cho sự ion hóa vượt rào.
Vai trò của độ dài xung trong vật lý trường mạnh.
Ở đây, ta đề cập đến vai trò của độ dài xung p trong sự tương tác phi tuyến giữa trường LASER mạnh với nguyên tử. Khi một xung LASER được chiếu đến nguyên tử thì cường độ I(t)của xung tăng từ 0 đến cực đại. Do đó mà sự tương tác phi tuyến luôn diễn ra ở vùng nhiễu loạn và có thể chuyển sang vùng trường mạnh ở
cường độ lớn hơn. Như vậy, sự tương tác phi tuyến giữa trường LASER với nguyên tử diễn ra như thế nào phụ thuộc vào p.
Xung p càng lớn, chứa nhiều chu kỳ, thì sự tương tác xảy ra trong vùng nhiễu loạn với một tỉ lệ lớn.
Còn với xung p nhỏ, chứa vài chu kỳ, thì sự tương tác trong vùng nhiễu loạn không