Thực chất trong hai vùng của quang học phi tuyến, vùng nhiễu loạn và vùng trường mạnh, hiện tượng ion hĩa luơn cĩ thể xảy ra. Đểđặc trưng từng trường hợp, một hệ sốđã được đặt ra bởi Viện sĩ Keldysh, và sau này được gọi là hệ số Keldysh, xác định như sau:
0 2 2 eE mI U I p p p
Trong đĩ: Ip là thế ion hĩa của điện tử trong nguyên tử ω là tần số của xung lade
E0 là cường độđỉnh của xung lade Up là thế trọng động của electron
Dễ dàng nhận thấy, hệ số Keldysh phụ thuộc vào tần số, cường độ của xung lade sử dụng và phụ thuộc vào thế ion hĩa Ip.
Trong trường hợp của nguyên tử hydro và trong hệ SI, Ip = 13.6eV, với lade cĩ bước sĩng 800nm và mật độ cơng suất là 1014 W/cm2 thì γ≈1.
Với γ >>1: trường ngồi chỉ gây ra sự nhiễu loạn nhỏ, thế năng hiệu dụng của electron gần giống với thế năng Coulomb khi khơng bị nhiễu loạn và một electron chỉ cĩ thể được giải phĩng bằng cách hấp thụ một cách tự phát nhiều photon.
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 cĩ thể thốt khỏi hố thế theo một trong hai cơ chế tùy theo cường độ của trường lade:
Ion hĩa xuyên hầm: Khi cường độ trường lade đủ mạnh, làm cho hàng rào Coulomb trở nên hẹp hơn, cho phép sự ion hĩa xuyên hầm xảy ra và tạo thành một dịng xuyên hầm phụ thuộc vào sự thay đổi của thế năng tổng hợp.
Ion hĩa vượt rào: Khi cường độ trường lade rất mạnh, biên độ điện trường đạt đến giá trị đủđể vượt qua hàng rào Coulomb bên dưới mức năng lượng của trạng thái cơ bản, mở đường cho sự ion hĩa vượt rào.
(a) Ion hĩa đa photon
(b) Ion hĩa xuyên hầm
(c) Ion hĩa vượt rào
Hình 2.8:Các cơ chế ion hĩa khi lade tương tác với nguyên tử.