Фотоотрыв электрона широкополосным лазерным импульсом

П.А. Головинский, А.А. Дробышев

Лаборатория физических исследований, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

E-mail: goloninski@bk.ru

Развитие техники генерации ультракоротких импульсов вызвало растущий интерес к рассмотрению особенностей взаимодействия такого излучения с веществом [1]. Одним из эффективных способов управления фотопроцессами в различных системах под действием ультракоротких импульсов является вариация формы импульса и фазовых соотношений внутри огибающей импульса. В данной работе рассмотрен фотоотрыв электронов от отрицательных ионов спектрально широким лазерным импульсом.

Считаем, что для возбуждения квантовой системы используется последовательность одинаковых импульсов. Фурье-образ напряженности электрического поля такой последовательности, состоящей из одинаковых импульсов, выражается через спектр одиночного импульса [2]:

. (1)

Поле можно представить в виде совокупности гармонических колебаний, и при расчете вероятности фотоотрыва электрона в единицу времени можно определять вероятность перехода в единицу времени по теории возмущений, как сумму парциальных вероятностей для отдельных частотных каналов

, (2)

где - минимальный номер гармоники, для которой , - энергия электрона в начальном состоянии. Если перейти от суммирования ряда Фурье к интегрированию по частоте, то выражение для полной вероятности фотоотрыва за время действия импульсов будет иметь вид [3]

. (3)

Рассмотрим, как влияет спектральный состав лазерного излучения на вероятность фоторазрушения отрицательных ионов на примере и . Пусть фотоотрыв электрона осуществляется серией коротких лазерных импульсов гауссовой формы (рис. 1(а))

, (4)

где параметр играет роль длительности импульса, - начальная фаза.

Для спектрального распределения вероятности фотоионизации получим

. (5)

При выборе аналитического вида сечения фотоотрыва воспользуемся общей формулой, учитывающей эффект поляризации остова в процессе фотоотрыва [4], при этом поляризуемостью атома водорода можно пренебречь [5]. Для проведения расчетов были выбраны параметры лазерного излучения: период повторения импульсов фс, длина волны излучения мкм, и фс. На рис.1(б) показаны результаты расчета спектральной вероятности ионизации ионов одиночным импульсом. Из рис.2. видно, что с ростом числа импульсов спектральная зависимость вероятности сужается около максимальных значений.

Рис.1. Вид ультракороткого лазерного импульса (a): сплошная линия - , точки – ; дифференциальная вероятность ионизации (б): 1 и 2 – для и начальной фазы и соответственно, 3 и 4 – для при и .

Рис.2. Вероятность фотоотрыва электрона от (а) и (б) серией лазерных импульсов. Сплошная линия - , точки - импульсов.

Связь спектра фотоэлектронов с сечением фотоотрыва и широким спектром лазерного импульса позволяет использовать измерение энергетического спектра электронов для экспериментального определения спектра излучения по известному сечению фотоотрыва. Можно решать задачу определения дисперсионной кривой сечения фотоотрыва по известному спектру лазерного импульса.

Список литературы

1. Krausz F. and Ivanov M. // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. P. 163-234.

2. Астапенко В.А. Взаимодействие излучения с атомами и наночастицами. – Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2010. – 496 с.

3. Astapenko V.A. // Phys. Lett. A 2010. V. 374. P. 1585-1590.

4. Головинский П.А. // Опт. и спектр. 1983. Т. 55. Вып. 6. С. 1078-1079.

5. Головинский П.А., Зон Б.А. // Опт. и спектр. 1978. Т. 45, Вып. 5, С. 854-857.