МНОГОФОТО́ННАЯ ИОНИЗА́ЦИЯ

МНОГОФОТО́ННАЯ ИОНИЗА́ЦИЯ, ио­ни­за­ция ато­мов, мо­ле­кул, а так­же ато­мар­ных и мо­ле­ку­ляр­ных ио­нов при по­гло­ще­нии в од­ном эле­мен­тар­ном ак­те двух и бо­лее фо­то­нов элек­тро­маг­нит­но­го по­ля. Ми­ним. чис­ло фо­то­нов, по­гло­щае­мых при М. и., оп­ре­де­ля­ет­ся за­ко­ном со­хра­не­ния энер­гии, со­глас­но ко­то­ро­му по­тен­ци­ал ио­ни­за­ции ато­ма дол­жен быть ра­вен или несколь­ко мень­ше сум­мар­ной энер­гии по­гло­щае­мых фо­то­нов. По­тен­ци­ал ио­ни­за­ции ато­мов со­став­ля­ет не­сколь­ко эВ, а энер­гия од­но­го фо­то­на ви­ди­мо­го и ин­фра­крас­но­го диа­па­зо­нов час­тот со­став­ля­ет 1–1,5 эВ, по­это­му М. и. воз­мож­на лишь при дос­та­точ­но боль­ших ин­тен­сив­но­стях из­лу­че­ния. В оп­тич. диа­па­зо­не М. и. ато­мов ста­ли на­блю­дать толь­ко по­сле соз­да­ния ла­зе­ров; экс­пе­ри­мен­таль­но она бы­ла об­на­ру­же­на в 1965.

Ве­ро­ят­ность $w$ М. и. в еди­ни­цу вре­ме­ни оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем $w=α_mI^m$, где $m$ – чис­ло од­но­вре­мен­но по­гло­щён­ных фо­то­нов, $I$ – ин­тен­сив­ность ла­зер­но­го из­лу­че­ния, $α_m$ – се­че­ние ио­ни­за­ции, за­ви­ся­щее от кон­крет­но­го ио­ни­зуе­мо­го ато­ма. Тео­ре­ти­че­ски ве­ро­ят­ность М. и. рас­счи­ты­ва­ет­ся в рам­ках не­ста­цио­нар­ной тео­рии воз­му­ще­ний. Ве­ро­ят­ность М. и. очень силь­но воз­рас­та­ет с рос­том ин­тен­сив­но­сти, осо­бен­но при боль­ших зна­че­ни­ях $m$. В экс­пе­ри­мен­тах М. и. на­блю­да­ет­ся при ин­тен­сив­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния св. 10¹²–10¹³ Вт/см². При даль­ней­шем по­вы­ше­нии ин­тен­сив­но­сти на­чи­на­ют по­гло­щать­ся до­пол­нит. фо­то­ны ла­зер­но­го по­ля. Их чис­ло воз­рас­та­ет с рос­том ин­тен­сив­но­сти, и при $I>$ 10¹⁴–10¹⁵ Вт/см² М. и. сме­ня­ет­ся тун­нель­ной ио­ни­за­ци­ей, бо­лее плав­но за­ви­ся­щей от ин­тен­сив­но­сти. При $I>$ 10¹⁶ Вт/см² тун­нель­ная ио­ни­за­ция пе­ре­хо­дит в над­барь­ер­ную ио­ни­за­цию, при ко­то­рой элек­трон вы­ле­та­ет из ато­ма за т. н. атом­ное вре­мя, т. е. за вре­мя по­ряд­ка 10^–17 с. В дос­та­точ­но длин­ных ла­зер­ных им­пуль­сах вме­сто пе­ре­хо­да в ре­жим тун­нель­ной ио­ни­за­ции про­ис­хо­дит на­сы­ще­ние ио­ни­за­ции, ко­гда за вре­мя дей­ст­вия им­пуль­са ио­ни­зу­ют­ся все ато­мы сре­ды. Это про­ис­хо­дит при вы­пол­не­нии ус­ло­вия $wτ>$1, где $τ$ – дли­тель­ность им­пуль­са.

При из­ме­не­нии час­то­ты ла­зер­но­го из­лу­че­ния мо­гут воз­ни­кать ре­зо­нанс­ные мак­си­му­мы М. и., при ко­то­рых энер­гия пе­ре­хо­да из осн. со­стоя­ния в воз­бу­ж­дён­ное крат­на энер­гии фо­то­на. В сла­бом по­ле ре­зо­нанс­ные час­то­ты оп­ре­де­ля­ют­ся спек­тром из­лу­че­ния ато­ма. В силь­ном по­ле они из­ме­ня­ют­ся из-за ди­на­мич. штар­ков­ских сдви­гов (см. Штар­ка эф­фект) ме­ж­ду на­чаль­ным со­стоя­ни­ем и про­ме­жу­точ­ным ре­зо­нанс­ным воз­бу­ж­дён­ным со­стоя­ни­ем. В от­сут­ст­вие про­ме­жу­точ­но­го ре­зо­нан­са М. и. на­зы­ва­ют пря­мой, при его на­ли­чии – ре­зо­нанс­ной. В ре­зо­нанс­ном слу­чае зна­че­ние $m$ мень­ше, чем в пря­мом. Экс­пе­ри­мен­ты по М. и. обыч­но про­во­дят­ся с раз­ре­жен­ны­ми га­за­ми, что­бы ис­клю­чить про­цес­сы столк­но­ви­тель­ной ио­ни­за­ции. В плот­ных га­зах про­ис­хо­дит ла­вин­ная ио­ни­за­ция (см. Ла­ви­на элек­трон­ная). Ре­зо­нанс­ная М. и. ле­жит в ос­но­ве ме­то­да мно­го­фо­тон­ной ре­зо­нанс­ной спек­тро­ско­пии, для ко­то­рой ха­рак­тер­ны вы­со­кие се­лек­тив­ность по час­то­те и эф­фек­тив­ность ре­ги­ст­ра­ции.