Thực chất trong hai vùng của quang học phi tuyến, vùng nhiễu loạn và vùng trường mạnh, hiện tượng ion hóa luôn có thể xảy ra, để đặc trưng từng trường hợp, một hệ số đã được đặt ra bởi Keldysh, và sau này được gọi là hệ số Keldysh, xác định như sau:
0 2 2 eE mI U I p p p ω γ = = Trong đó: Ip
ω là tần số của xung lade
là thế ion hóa của điện tử trong nguyên tử E0
U
là cường độ đỉnh của xung lade p
Dễ dàng nhận thấy, hệ số Keldysh phụ thuộc vào tần số, cường độ của xung lade sử dụng và phụ thuộc vào đặc điểm của phân tử, nguyên tử (thể hiện qua thế ion hóa I
là thế trọng động của electron
p Trong trường hợp của nguyên tử hidro và trong hệ SI, I
).
p = 13.6 eV, với lade có bước sóng 800 nm và cường độ là 1014 W/cm2
Với γ >>1, trường ngoài chỉ gây ra sự nhiễu loạn nhỏ, thế năng hiệu dụng của electron gần giống với thế năng Coulomb khi không bị nhiễu loạn và một electron chỉ có thể được giải phóng bằng cách hấp thụ một cách tự phát N photon.
thì γ≈1.
Với γ<<1, thế Coulomb lại xem như thành phần gây nhiễu loạn, do lúc này trường lade mạnh hơn so với trường Coulomb của nguyên tử, lúc này electron có thể thoát khỏi hố thế theo một trong haicơ chế tùy theo cường độ của trường lade:
Ion hóa xuyên hầm: Khi cường độ trường lade đủ mạnh, làm cho 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 vào sự thay đổi của thế năng tổng hợp.
Ion hóa vượt rào: Khi cường độtrường lade rất mạnh, biên độđiện trường đạt đến giá trị đủ đểvượt qua hàng rào Coulomb bên dưới mức năng lượng của trạng thái cơ bản, mởđường cho sựion hóa vượt rào.
(a) Ion hóa đa photon
(b) Ion hóa xuyên hầm
(c) Ion hóa vượt rào
Hình 2.8:Các cơ chế ion hóa khi lade tương tác với nguyên tử