Khi trường lade tương đương hoặc mạnh hơn so với trường Coulomb trong nguyên tử, phân tử, trường lade tác dụng lên các electron lớp ngồi cùng gây ảnh hưởng đến trường thế Coulomb trong nguyên tử. Do đĩ electron cĩ thể thốt ra khỏi trạng thái của nĩ theo cơ chế xuyên hầm hoặc vượt rào trước khi trường lade đổi dấu. Bĩ sĩng electron sau đĩ sẽ dao động trong trường phân cực thẳng của lade với biên độ dao động lớn hơn bán kính Bohr nhiều vềđộ lớn và động năng trung bình của mỗi chu kì dao động lớn hơn năng lượng liên kết Ip (thế ion hĩa của điện tử). Trong vùng này lí thuyết nhiễu loạn bị vi phạm và khơng thể sử dụng, ta gọi vùng này là vùng trường mạnh của quang học phi tuyến (Strong-field regime).
Hình 2.6:Hiện tượng ion hĩa xuyên hầm.
Trong vùng này, ta xét sự phân cực phi tuyến gây ra bởi sự ion hĩa trường quang học chỉ xuất hiện khi electron vẫn cịn liên kết với ion mẹ của nĩ. Một khi electron đã được giải phĩng tự do thì chuyển động của nĩ tuân theo các định luật của cơ học Newton. Trong phép xấp xỉ trường mạnh SFA (Strong Field Approximation), ta xem như tác dụng từ trường của lade và tác dụng của ion mẹ xem như khơng đáng kể và cĩ thể bỏ qua. Dưới tác dụng của trường lade, thế năng của electron ngồi cùng tại thời điểm t sẽ cĩ dạng:
V(r) = V0(r) + e.E t r( ).
Với V0 là thế năng của liên kết của electron, r là tọa độ của electron.
Trong phép gần đúng chuẩn tĩnh thì sự thay đổi của điện trường là đủ chậm để cho electron cĩ đủ thời gian để xuyên hầm (hoặc vượt rào) ra vùng liên tục trước khi điện trường lade đổi dấu. Electron sau khi thốt ra khỏi trạng thái của nĩ trong nguyên tử ra vùng liên tục của trường lade thì được tăng tốc mạnh bởi trường lade. Nhưđã đề cập, chuyển động của electron lúc này tuân theo các định luật cổ điển. Khi trường điện của xung lade đổi hướng thì electron cũng sẽđổi chiều chuyển động và dao động trong trường lade.
Ta giả sử electron bắt đầu đi vào miền liên tục với vận tốc đầu bằng 0 tại thời điểm t0 và trường lade phân cực tuyến tính dọc theo trục z với độ mạnh của trường điện là E(t)=E0sinωt, lúc này, ta cĩ thể giải ngay phương trình Newton cho electron chuyển động trong trường lade:
.. 0 0 eE( ) eE sin m z t t Nghiệm của phương trình cĩ dạng: 0 0 0
( ) sin( ) sin( ) ( ) cos( )
z t t t t t t Với 02 m eE
là biên độ dao động của electron trong trường lade. Vận tốc tương ứng của electron theo hướng phân cực là:
.. .
0
( ) ( ) cos( ) cos( )
z t v t t t
Khi đi vào miền liên tục electron cĩ một vận tốc trơi là vD=-αωcos(ωt0) với biên độ
αω=eE0/(mω). Từ đây chúng ta thấy rằng giá trị và hướng của vận tốc trơi phụ thuộc vào thời điểm xảy ra sự ion hĩa (t0). Như vậy, nếu lade cĩ độ dài xung lớn thì sự dao động sẽ tắt đi khi vận tốc của electron tại thời điểm nào đĩ triệt tiêu với vận tốc trơi của nĩ.
Động năng của electron thu được khi dao động trong trường lade:
2 2 2 2 2
0 0
1 1
[cos ( ) 2cos( ) cos( ) cos ( )]
2 2
d
E mv m t t t t
Từđây, ta tính được động năng trung bình electron nhận được trong một chu kì dao động được gọi là thế trọng động: 2 2 0 2 4m E e Up .
Nếu electron bắt đầu từ một pha thích hợp với trường lade, thì quỹ đạo của nĩ cĩ thể quay ngược về hạt nhân và xảy ra sự tái kết hợp giữa electron và ion mẹ, gây ra một hiện tượng đặc biệt đang được các nhà nghiên cứu quan tâm đĩ chính là sự phát xạ HHG.