Фотоотрыв слабосвязанного электрона в сильных электромагнитных полях
Очевидно, для реальных атомных потенциалов значение комплексной квазиэнергии можно определить только численными расчетами. Так, например, комплексная квазиэнергия водорода и щелочных атомов в основном и возбужденных состояниях была рассчитана численно в рамках теории возмущений в. Анализ положения полюсов 5-матрицы на ри-мановой поверхности комплексной квазиэнергии, существенный для понимания… Читать ещё >
Содержание
- 1. Некоторые общие вопросы теории ККЭС и точные соотношения для модели потенциала нулевого радиуса
- 1. 1. Основные уравнения теории ККЭС
- 1. 2. Нормировка волновых функций ККЭС
- 1. 3. Точные соотношения теории ККЭС в модели ^-потенциала
- 1. 3. 1. Геометрия полей и масштабные единицы
- 1. 3. 2. Уравнение на комплексную квазиэнергию (б) и Фб (г, ?)
- 1. 3. 3. Точные соотношения теории ККЭС в модели потенциала нулевого радиуса для Т = О
- 1. 3. 4. Комплексная энергия квазистационарного состояния в модели <5-потенциала в присутствии постоянного электрического поля
- 1. 4. Поляризуемость и дипольный момент ККЭС
- 1. 4. 1. Связь между поляризуемостью и динамическим эффектом Штарка в случае слабого лазерного поля и
- 1. 4. 2. Дипольный момент и поляризуемость нестабильных систем
- 1. 4. 3. Поляризационные аномалии в рассеянии света атомами и ионами в присутствии сильного постоянного электрического поля
- 1. 4. 4. Поляризационные явления в генерации высших гармоник в присутствии сильного постоянного поля
- 2. 1. Амплитуда п-фотонного фотоотрыва в модели ¿-потенциала
- 2. 2. Разложение Бриллюэна-Вигнера и
- 2. 2. 1. Разложение Бриллюэна-Вигнера
- 2. 2. 2. Разложение Рэлея-Шредингера
- 2. 3. Поправки высших порядков теории возмущений к сечению одно- и двухфотонного фотоотрыва слабосвязанного электрона
- 2. 4. Многофотонный отрыв слабосвязанного электрона
- 2. 4. 1. Пороговые особенности и связь парциальных ширин с мнимой частью квазиэнергии
- 2. 5. Численный анализ
- 2. 5. 1. Сравнение теоретических результатов с экспериментами и предыдущими многоэлектронными расчетами
- 2. 5. 2. Анализ углового распределения
- 2. 5. 3. Анализ ЭД-членов в угловом распределении
- 3. 1. Случай ш <
- 3. 1. 1. Циркулярно поляризованное поле
- 3. 1. 2. Линейно поляризованное поле
- 3. 2. Квазистационарная стабилизация. Случай надпороговых частот
- 3. 3. Поведение комплексной квазиэнергии в сверхсильных электромагнитных полях
- 4. 1. Предел слабого лазерного поля
- 4. 2. Асимптотические выражения и)
- 4. 3. Сечение однофотонного фотоотрыва в присутствии сильного постоянного поля
- 4. 3. 1. Основные соотношения
- 4. 3. 2. Анализ альтернативных аппроксимаций
- 4. 4. Гиперполяризуемость и двухфотонный фотоотрыв слабосвязанного электрона в присутствии сильного постоянного электрического поля
- 4. 4. 1. Гиперполяризуемость слабосвязанной системы в присутствии сильного постоянного поля
- 4. 4. 2. Сечение двухфотонного фотоотрыва отрицательного иона в присутствии постоянного поля
Фотоотрыв слабосвязанного электрона в сильных электромагнитных полях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Взаимодействие атомных объектов с излучением и статическими внешними полями традиционно составляет один из основных разделов теоретической атомной физики. В последние десятилетия указанные вопросы приобрели особую актуальность в связи с широким внедрением лазеров и методов получения сильных статических полей в технику атомных экспериментов. Амплитудные значения напряженности поля в коротких лазерных импульсах сравнимы или даже превосходят характерные внутриатомные напряженности. В таких полях возникают качественно новые закономерности в типичных нелинейных (по интенсивности световой волны) явлениях взаимодействия атома с полем, в частности, в ионизации и генерации высших гармоник лазерного излучения. Примером таких нелинейных эффектов является наличие платообразной структуры в спектрах фотоэлектронов при надпороговой ионизации и в спектрах высших гармоник.
Несмотря на сравнительно успешное экспериментальное исследование атомных фотопроцессов в сильном поле в оптическом диапазоне частот, создание последовательной теории таких процессов для реальных атомов весьма затруднительно даже в приближении одного оптически активного электрона ввиду необходимости корректного учета действия светового поля на атомные электроны. Поэтому анализ атомных фотопроцессов в сильном поле требует либо использования модельных подходов, либо прямого численного решения нестационарного уравнения Шредингера. Следует отметить, что в последнее десятилетие развит ряд методов для такого прямого численного расчета, в частности, использование базиса функций Штурма в расчетах комплексной квазиэнергии, Д-матричный подход для учета электронных корреляций в многоэлектронном атоме, метод комплексного вращения координат и дискретизации континуума и т. д. Тем не менее, теоретические результаты, полученные прямым численным расчетом, справедливы лишь при конкретных параметрах задачи и не дают возможности экстраполяции на более широкую область параметров. Поэтому для общего анализа более предпочтителен модельный подход, позволяющий получить качественные результаты для области сильных и сверхсильных полей.
Число моделей, допускающих точное решение в случае нестационарного гамильтониана, относительно мало (см, например,[1, 2]), и из всей совокупности моделей лишь приближение потенциала нулевого радиуса (<5-потенциал) [3] достаточно хорошо описывает поведение слабосвязанного электрона в электромагнитном поле для реальных систем (например, отрицательного иона водорода, Н~, для энергий фотона малых по сравнению с порогом возбуждения состояний с п = 2 в Н-атоме). Именно модель ¿—потенциала используется в данной диссертации для анализа конкретных фотопроцессов в сильном электромагнитном и постоянном полях.
Основным теоретическим подходом, используемым в диссертации, является идеология квазистационарных квазиэнергетических состояний (ККЭС) квантовой системы, способной к распаду в поле монохроматического внешнего возмущения. Метод квазиэнергетических состояний (КЭС) является одним из наиболее интенсивно используемых методов расчета нелинейного отклика атомной системы на внешнее периодическое возмущение. Понятия квазиэнергии и квазиэнергетических состояний впервые были введены в середине 60-х годов в работах [5, 4, 6]. Используя теорему Флоке [7], Ширлей [5] свел решение нестационарного уравнения Шредингера для двухуровневой системы к матрице Флоке. Понятие квазиэнергии для системы во внешнем периодическом возмущении как нового квантового числа было введено Зельдовичем [4] и Риту-сом [6] аналогично тому, как вводится понятие квазиимпульса электрона в пространственно-периодическом потенциале. Ритус в [6] использовал.
КЭС-подход для анализа линейного по интенсивности поля сдвига водо-родоподобных уровней. Наиболее существенный вклад в развитие идеологии КЭС был сделан Зельдовичем [4, 8], проанализировавшим основные свойства базиса квазиэнергетических состояний. Следующий важный шаг в развитии теории КЭС был сделан Сембом. В [9] с помощью введения «расширенного» гильбертова пространства, определяемого прямым произведением Дз ф Т, где Тпространство периодических функций, было определено «расширенное скалярное произведение» и обобщен ряд элементарных теорем (вариационный принцип, теорема Гелманна-Фейнмана и т. д.) на случай «стационарного» КЭС-гамильтониана в пространстве Дз ф Т. Ряд свойств КЭС для систем с дискретным спектром квазиэнергий, в частности, теорема Вигнера-Неймана о пересечении квазиэнергетических уровней при изменении ^ и и, были проанализированы в [10].
Число примеров, в которых удается получить точные аналитические выражения для квазиэнергии и полного набора КЭС, невелико и часть из них рассмотрена в монографиях [11] и [12]. Точное выражение для квазиэнергии 2- и 3-мерного ротатора в сильном циркулярно поляризованном поле представлено в [10, 13, 14], а КЭС в одномерном ¿—потенциале с периодически меняющейся «глубиной» были рассмотрены в [15]. Анализ квазиэнергии вырожденных водородопобных уровней в слабом низкочастотном лазерном поле был выполнен для циркулярной и линейной поляризации в [17] и [18] соответственно (а обобщение на случай произвольной частоты было выполнено в [19, 20]). На специфическое поведение спектра квазиэнергии ридберговских состояний атома водорода в эллиптически поляризованном лазерном и магнитном полях было указано в [21] (см. так же анализ динамических поляризуемостей водорода в [22, 23]). Применение концепции КЭС к двухи трехуровневой системе в сильном лазерном поле можно найти в [5, 10, 14, 24, 25, 26].
В строгой постановке задачи на КЭС, спектр квазиэнергии реальных атомных систем оказывается непрерывным из-за возможности распада системы. Таким образом, КЭС-подход в его оригинальной формулировке удобен лишь для задач о рассеянии частицы на атомном потенциале в присутствии лазерного поля. Отметим, что нам известны лишь два примера, допускающих точное решение задачи о рассеянии частицы в присутствии сильной лазерной волны: рассеяние электрона на трехмерном ¿—потенциале в присутствии сильной циркулярно поляризованной волны [27] и рассеяние на сепарабельном потенциале [28, 29].
В середине 70-х годов на основе КЭС-подхода была развита теория квазиэнергетических квазистационарных состояний (ККЭС) для учёта эффектов уширения атомных уровней в монохроматическом световом поле. Переход от КЭС к ККЭС выполняется аналогично переходу от стационарного к квазистационарному состоянию системы в случае стационарного гамильтониана [11, 30, 31]. Термин «комплексная квазиэнергия» был введен при непертурбативном анализе распада слабосвязанной системы в поле циркулярно поляризованной волны в [27, 32, 33]. Отметим, что в случае циркулярно поляризованного поля анализ задачи упрощается ввиду наличия очевидной симметрии: переход в систему координат, вращающуюся с частотой поля ш, убирает периодическую зависимость гамильтониана от времени. Точные уравнения для ККЭС слабосвязанной частицы для случая эллиптически поляризованного поля были получены в [34].
Очевидно, для реальных атомных потенциалов значение комплексной квазиэнергии можно определить только численными расчетами. Так, например, комплексная квазиэнергия водорода и щелочных атомов в основном и возбужденных состояниях была рассчитана численно в рамках теории возмущений в [20]. Анализ положения полюсов 5-матрицы на ри-мановой поверхности комплексной квазиэнергии, существенный для понимания зависимости квазиэнергии от параметров световой волны, был выполнен в [35] (см. также [36]). Ряд общих вопросов теории ККЭС был рассмотрен в [37, 38], в частности, были проанализированы интегральные уравнения на ККЭС и квазиэнергетическая функция Грина, рассмотрена теория возмущений для функций ККЭС и комплексной квазиэнергии, проанализирована сходимость рядов теории возмущений и точность экспоненциального закона распада для атомных систем в сильном лазерном поле. Адиабатическая теория для сдвига и ширины уровня представлена в [39]. Эффективный алгоритм для непертурбативного численного расчета комплексной квазиэнергии, основанный на методе комплексного вращения [40] ККЭС-гамильтониана, был предложен в [41]. Наиболее полное исследование комплексной квазиэнергии атома водорода было выполнено в ряде работ Шейкшафта и Потвлига [42, 43, 44, 45], где, помимо численного расчета комплексной квазиэнергии, был выполнен также анализ аналитических свойств комплексной квазиэнергии как функции амплитуды поля. Для ¿—потенциала такой анализ был выполнен в [38, 46, 47].
Таким образом, в течение двух десятилетий — к середине 80-х годовбыли сформулированы основные положения и теоремы КЭСи ККЭС-подхода (см., например, обзорные работы [26, 42, 48, 49, 50, 51]. Тем не менее, в теории ККЭС остался ряд неясных вопросов, нуждающихся в специальном исследовании, в частности, вопрос о нормировке волновых функций ККЭС и связанный с этим вопрос о расчете матричных элементов на базисе волновых функций ККЭС, Впервые вопрос о нормировке функций ККЭС был рассмотрен в [52]. Авторы [52] использовали для нормировки асимптотически расходящихся функций ККЭС процедуру, аналогичную случаю квазистационарных состояний для стационарных задач, и выполнили анализ для случая линейной поляризации лазерного поля. Однако, хотя в [52] указанная нормировка и использовалась в численном анализе парциальных (АТфотонных)вероятностей ионизации см. также [53]), в численных расчетах генерации гармоник в той же работе [52] авторы использовали обычное выражение для среднего значения оператора дипольного момента. Та же ошибка повторилась и в известных расчетах генерации гармоник в работе Беккера и др. [54] в модели ¿—потенциала. Авторы, исходя из заведомо расходящегося выражения для матричного элемента оператора дипольного момента на функциях ККЭС, после ряда приближений получают конечный результат! Хотя при этом численные расчёты приводят к достаточно хорошим результатам (по крайней мере, в области низких частот накачки), логическая ошибка весьма существенна. В частности, она привела к абсурдному на наш взгляд заключению авторов недавней работы [55] о необходимости использования двух различных выражений для расчёта атомного параметра, определяющего амплитуду гармоники, в случае расчёта для изолированного атома и для (разреженной) газовой среды из тех же атомов. В диссертации вопрос о нормировке ККЭС и связанных с ним понятиях дипольного момента и поляризуемости системы, находящейся в ККЭС, выясняется на точно решаемой модели и для случая произвольной эллиптической поляризации, что приводит, в частности, к устранению отмеченного выше недоразумения.
Переходя к вопросу о конкретных задачах, решаемых в диссертации, укажем, что в последние годы значительно возрос интерес к исследованию зависимости сечений многофотонных процессов от характера поляризации лазерного излучения. Поэтому в диссертации уделяется существенное внимание анализу поляризационных эффектов во взаимодействии слабосвязанного электрона с эллиптически поляризованным излучением. В частности, недавно выполненные эксперименты с использованием эллиптически поляризованного лазерного излучения показали, что в этом случае возникают интересные поляризационные аномалии (дихроизм) в процессе генерации гармоник [56], а также в угловом распределении фотоэлектронов при многофотонной ионизации [57].
Циркулярный дихроизм (ЦД) — различие между сечениями фотопроцесса при изменении знака степени циркулярной поляризации фотонов — традиционно используется для исследования линейного отклика магнитных материалов (или киральных молекулярных систем) на воздействие электромагнитного поля [58]. Циркулярный дихроизм в этом случае вызван наличием в задаче Т-нечетного псевдовектора, скажем (А) (например, спин или угловой момент системы). Очевидно, что в этом случае сечение процесса (или другой наблюдаемый скаляр) может включать ЦД-члены, пропорциональные произведению? к-А, где кволновой вектор фотона накачки, степень циркулярной поляризации (см. определение (1.25)). В случае неполяризованных атомных систем эффект дихроизма имеет другую физическую природу, чем в описанном примере. В этом случае дихроизм возникает из-за специфической интерференции между действительной и мнимой частями амплитуды перехода [59]. ЦД-эффект в атомных фотопроцессах с неполяризованными атомами был предсказан впервые в [60] для двухэлектронной (однофотонной) ионизации гелия. Как показал анализ [61], эффект ЦД в этом случае определяется членом, пропорциональным произведению неэрмитовой части амплитуды ионизации и скалярного произведения волнового вектора фотона с векторным произведением импульсов фотоэлектронов рх х р2- В [62] был предсказан эффект ЦД в рассеянии света на неполяризованных мишенях. Здесь вектор падающего (кг) и рассеянного (кг) фотона образуют псевдовектор кх X кг, который и определяет ЦД-эффект. В работах [63] и [64] был рассмотрен эффект ЦД в рассеянии рентгеновского и гамма-излучения атомами, а также в других связанно-связанных двухфотон-ных переходах. Расчет ЦД для е-Н+ рассеяния в сильном циркулярно поляризованном поле представлен в [65], различие в сечении е — 2е ионизации атома при изменении знака циркулярно поляризованного поля обсуждалось в [66] (экспериментальные результаты представлены в [67]). ЦД, обусловленный внешним постоянным электрическим полем, исследован в двухфотонных переходах между атомными уровнями с различной четностью [68], а также в нерезонансном дипольном рассеянии света [69] и в трехфотонном резонансном дипольно запрещенном рассеянии [70]. В многофотонных процессах известен и другой тип дихроизма — эллиптический дихроизм, исчезающий в случае циркулярного и линейного поля. Как было показано в [59], этот эффект имеет ту же интерференционную природу, что и ЦД-эффект. Термин «эллиптический дихроизм» (ЭД) был введен в [59, 71], поскольку в этом случае дихроичное слагаемое в сечении зависит от произведения I.
Анализ процесса ионизации атома эллиптически поляризованным полем был выполнен впервые в работах [72], где известный результат Келдыша [73] для линейной поляризации лазерного поля был обобщен на случай эллиптически поляризованного поля. Более детальный анализ выполнен в [74] для анализа углового распределения фотоэлектронов в сильном низкочастотном эллиптически поляризованном лазерном поле. Хотя расчеты и показывают некоторые интересные результаты (например, вытянутость углового распределения вдоль главной оси эллипса поляризации лазерного поля), тем не менее эффект эллиптического дихроизма в использованных приближениях не возникает вследствие пренебрежения взаимодействием вылетающего фотоэлектрона с атомным остовом. Впервые ЭД-эффект был измерен в эксперименте [75] с эллиптически поляризованной накачкой при исследовании многофотонной ионизации разреженных газов. Теоретический анализ ЭД-эффекта в угловом распределении электронов в плоскости, ортогональной к направлению распространения волны, был выполнен в [76] для п-фотонного фотоотрыва слабосвязанного электрона отрицательного иона, а большое количество экспериментальных данных приведено в [77]. В [78] представлен пертурбативный расчет ЭД-асимметрии в угловом распределении двухфотон-ной и трехфотонной ионизации Н~ иона. Расчеты были выполнены для случая двумерной геометрии и показали существенное изменение степени асимметрии при варьировании эллиптичности и частоты лазера. Для атома водорода эффект эллиптического дихроизма был проанализирован в [79], где исследовалось трехмерное угловое распределение фотоэлектронов в двухфотонной ионизации атома, там же приведены результаты численного расчета для водородоподобных состояний nl) с п < 10. Полное трехмерное распределение в двухфотонной ионизации атома рубидия эллиптически поляризованным полем было измерено в недавнем эксперименте [57], который отчетливо указал на существование эллиптического дихроизма. Исследование поляризационных явлений, таких, например, как ЭД, позволяет установить точность различных теоретических моделей в интенсивно исследуемых атомных фотопроцессах (ионизации, генерации высших гармоник, рассеянии частиц в поле электромагнитной волны). Так, в генерации высших гармоник ЭД-эффект может быть определен измерением различия в выходе линейно поляризованной компоненты n-ой гармоники при изменении знака степени эллиптичности накачки [59]. Заметим, что ЭД-эффект может наблюдаться и в полном выходе гармоник, если генерирующая среда (помимо сильно лазерного поля) находится в постоянном электрическом поле или в поле низкочастотного малоинтенсивного лазера [80]. Результаты изучения поляризационных эффектов в генерации гармоник представлены в обзоре [81].
Наряду с поляризационными явлениями, еще одним эффективным методом для более детального анализа («control») явлений в сильном лазерном поле может являться использование статических внешних полей, в частности, электрического. Фотоотрыв слабосвязанного электрона в присутствии постоянного электрического поля давно привлекает внимание исследователей (см. например., [82], а также достаточно точное решение этой задачи в [83]). В [84] представлен качественный анализ влияния постоянного электрического поля на многофотонные процессы. Никишов в [85] выполнил анализ влияния постоянного поля на многофотонную ионизацию в низкочастотном линейно-поляризованном поле. Отметим, что [83] был рассмотрен случай как однофотонного, так и многофотонного фотоотрыва в присутствии электрического поля, но многофотонный случай был рассмотрен только для циркулярной поляризации лазерного поля и ортогональной геометрии полей. Далее, что во всех указанных работах авторы использовали ряд приближений, которые не позволяют применить полученные результаты в случае сильных электрических полей.
Наиболее интересным эффектом воздействия электрического поля на фотоотрыв (в случае линейно поляризованного поля и коллинеарного к нему статического электрического поля) является регулярная осцилляци-онная структура сечения фотоотрыва. Фабрикант в [86], используя квазиклассическое приближение, показал, что этот эффект является следствием интерференции классических траекторий фотоэлектрона, но не провел детальных численных расчётов. В работах, содержащих более детальные численные результаты [87, 88, 89, 90, 91, 92], использовался ряд приближений при расчете сечения фотоотрыва. В частности, Рейнхардт и Оверман в [87] получили сечение фотоотрыва из дипольной автокорреляционной функции, которая была рассчитана аналитически с использованием приближенного вида волновой функции фотоэлектрона, а Ду и Делос в [90] оценили дипольный матричный элемент перехода с помощью метода стационарной фазы.
Учет взаимодействия фотоэлектрона в континууме с остовом (эффект перерассеяния) и влияние постоянного поля на начальное (связанное) состояние электрона анализировался в целом ряде работ, например, в [93, 94, 95, 96, 97, 98]. В [96] было показано, что в сильных полях эффекты перерассеяния существенны вблизи пороговых частот. Островский и Тельнов в [93, 94] проанализировали фотоотрыв слабосвязанного электрона отрицательного иона с учетом эффектов перерассеяния в конечном состоянии: случай линейной поляризации был проанализирован в [93], случай эллиптически поляризованного поля был рассмотрен в [94]. Гао и Старасе в [97] использовали специальный метод, который, как показано в настоящей диссертации, эквивалентен учету влияния сильного постоянного поля на основное состояние в пренебрежении перерассеянием. В этой работе получены замкнутые аналитические выражения для амплитуды п-фотонной ионизации в указанном приближении. В недавней работе [98] проанализировано сечение однофотонного и двухфотон-ного фотоотрыва Н~ иона в модели потенциала нулевого радиуса, причем было учтено как влияние электрического поля на основное состояние (согласно методу [97]), так и эффекты перерассеяния в конечном состоянии [96], таким образом, были опущены лишь члены, определяющие интерференцию этих двух эффектов.
Целью настоящей диссертации является: развитие некоторых общих вопросов теории ККЭСисследование точного решения задачи об ионизации частицы из ¿—ямы полем монохроматического излучения произвольной поляризации в присутствии однородного электрического поляисследование углового распределения фотоэлектронов в п-фотонном фотоотрывевычисление поправок высших порядков теории возмущений в модели ¿—потенциалаисследование поведения комплексной квазиэнергии в сильных и сверхсильных полях и вопроса о существовании режима стабилизации распада слабосвязанного состояния в сильном лазерном поле.
В первой главе кратко формулируются основные положения и уравнения теории ККЭС, вводится понятие «дуальной» функции и нормы ККЭС. В модели потенциала нулевого радиуса получены: решение задачи о распаде частицы в поле эллиптически поляризованного света и постоянного электрического поля, точное соотношение для нормировочного фактора функции ККЭС. Исследовано точное решение задачи о распаде слабосвязанной системы (в модели ¿—потенциала) в однородном электрическом поле. Введено понятие «дуального» дипольного момента и указана его связь с поляризуемостью и комплексной квазиэнергией системы. Рассмотрены поляризационные аномалии в нерезонансном рассеянии света Нионом и генерации высших гармоник в присутствии постоянного электрического поля.
Во второй главе получено точное выражение для амплитуды п-фо-тонного фотоотрыва слабосвязанной частицы. Проанализировано уравнение на комплексную квазиэнергию в модели ¿—потенциала в пределе теории возмущений Рэлея-Шредингера и Бриллюэна-Вигнера. Исследована аналитическая структура Фурье-коэффициентов волновой функции ККЭС в первом неисчезающем порядке теории возмущений. Получены поправки высших порядков теории возмущений к однои двухфо-тонному сечению фотоотрыва слабосвязанного электрона. Получено замкнутое аналитическое выражение для амплитуды и полной вероятности п-фотонного фотоотрыва слабосвязанной частицы. Исследован эллиптический дихроизм в угловом распределении фотоэлектронов.
В третьей главе получено выражение для аналитического продолжения матричных элементов, определяющих уравнение на комплексную квазиэнергию в модели ¿—потенциала. Получена аналитическая оценка комплексной квазиэнергии в случае сильных лазерных полей и малых частот. Численно проанализировано поведение мнимой части квазиэнергии в зависимости от напряженности лазерного поля для частот выше и ниже порога. Показано, что в модели ¿—потенциала возможен режим квазистационарной стабилизации для частот со, превышающих энергию связи, который существует лишь в ограниченном интервале интенсивностей. Получена простая оценка для критического поля, определяющего срыв стабилизации. Рассмотрен случай сверхсильных полей и проанализирована многофотонная структура вероятности фотоионизации.
В четвертой главе найдены аналитические выражения для динамической поляризуемости и гиперполяризуемости в присутствии сильного постоянного электрического поля. Получены простые асимптотические соотношения для описания динамической поляризуемости ниже и выше порога фотоотрыва. Проанализировано сечение однои двухфотонного фотоотрыва в присутствии постоянного электрического поля.
Заключение
.
В диссертации рассмотрен ряд вопросов теории фотораспада слабосвязанной системы в сильных электромагнитных полях. Основные результаты работы состоят в следующем:
1. Предложена процедура построения дуальной функции к функции ККЭС и нормировки функций ККЭС. Введено понятие (дуального) дипольного момента системы в ККЭС и установлена связь между дуальным дипольным моментом и комплексной квазиэнергией, а также с амплитудой генерации гармоник.
2. Получен аналитический результат для динамической поляризуемости и гиперполяризуемости слабосвязанной частицы в сильном постоянном электрическом поле.
3. Показано, что в сильном постоянном поле существенными являются эффекты взаимодействия фотоэлектрона с атомным кором и влияния постоянного поля на начальное состояние. Пренебрежение этими эффектами приводит к существенно завышенным значениям сечения однои двухфотонного отрыва слабосвязанной частицы в припороговой области частот.
4. Получено точное соотношение для амплитуды п-фотонного фотоотрыва в модели потенциала нулевого радиуса для эллиптически-поляризованного света, с помощью которого проанализировано дифференциальное и полное сечения п-фотонного фотоотрыва в низшем порядке теории возмущений. Показано наличие эллиптического дихроизма в угловом распределении фотоэлектронов, т. е. зависимость сечения многофотонной ионизации от знака степени циркулярной поляризации лазерного поля. Проанализирована частотная зависимость дихроичных членов сечения. Вычислены поправки высших порядков теории возмущений к сечениям однои двухфо-тонного фотоотрыва.
5. Показано, что наличие сильного постоянного поля приводит к поляризационным аномалиям (дихроизму) в сечениях генерации высших гармоник и рассеяния света. Рассчитаны поляризационные характеристики рассеянного фотона и генерируемой гармоники в приближении потенциала нулевого радиуса.
6. Предложена процедура аналитического продолжения матричных элементов, определяющих уравнение на комплексную квазиэнергию в модели потенциала нулевого радиуса, позволяющая распространить технику численных расчетов на область сильных полей.
7. Установлено наличие режима квазистационарной стабилизации слабосвязанного уровня в области надпороговых частот и срыв стабилизации, обусловленный закрытием однофотонного канала фотоотрыва. Найдено простое аналитическое выражение для е в сильном циркулярно-поляризованном поле в области частот ш < 1.
Результаты, составляющие основное содержание диссертации, опубликованы тезисах докладов, сделанных на конференциях:
• «8th International Conference on Multiphoton Processes», Monterey, California, 1999, October 3−8.
• 1999 Centennial Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics (DAMOP), Atlanta, USA, 1999, March 20−26.
• XVII International Conference on Atomic Physics (ICAP), Florence, 2000, Italy, June 4−9.
• 2000 Centennial Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics (DAMOP), Storrs, USA, 2000, June 14−17.
• Third Ital.-Rus. Symposium on Problems of Laser Physics and Technologies, Palermo, Italy, 2000, September 16−20.
• NATO Advanced Research Workshop: Super-Intense Laser-Atom Physic (SILAP), Han-sur-Lesse, Belgium, 2000, September 24−30.
• 32-st Conference European Group for Atomic Spectroscopy (EGAS'32), Vilnus, Lithuania, 2000, July, а также в работах [69, 80, 130].
Автор глубоко благодарен своему научному руководителю, профессору Н. Л. Манакову, за постоянное внимание к проведенной работе, а также благодарен профессору А. Ф. Старасе за предоставление возможности стажировки в университете им. Линкольна, Небраска и обсуждение вопросов, связанных с темой диссертации, и аспиранту университета им. Линкольна, Небраска, Б. Борка, за обсуждение вопросов численной реализации аналитических соотношений.
Список литературы
- Додонов В.В., Манько В. И. Инварианты и развитие нестационарных квантовых систем. Труды института им. Лебедева академии наук СССР, под ред. Маркова М.А.- Dodonov V.V., Man’ko V.l., Nikonov D.E. Phys. Lett. A., 1992, v. 162, p. 359.
- Kleber M. Phys. Rep., 1994, v. 236, p. 331.
- Демков Ю.Н., Островский В.H. Метод потенциалов нулевого радиуса в атомной физике. Ленинград, 1975.
- Зельдович Я.Б. ЖЭТФ, 1966, т. 51, с. 1492.
- Shirley J.H. Phys. Rev., 1965, v. 138, p. B979.
- Ритус В.И. ЖЭТФ, 1966, т. 51, с. 1544.
- Floquet G. Ann. Ecole Norm. Sup., 1983, v. 12, p. 47.
- Зельдович Я.Б. УФН, 1973, т. 110, с. 139.
- Sambe H. Phys. Rev. A, 1973, v. 7, p. 2203.
- Fainshtein A.G., Manakov N.L., Rapoport L.P. J Phys. B: At Mol. Phys., 1978, v. 11, p. 2561.
- Базь A.И., Зельдович Я. Б., Переломов A.M. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике. Москва, Наука, 1971.
- Малкин И.А., Манько В. И. Симметрии и когерентные состояния квантовой механики. Москва, Наука, 1979.
- Манаков Н.Л., Рапопорт Л. П., Файнштейн А. Г. ТМФ, 1977, т. 30, с. 395.
- Fainshtein A.G., Manakov N.L., Rapoport L.P. J Phys. B: At Mol. Phys., 1978, v. 11, p. 2578.
- Островский B.H., Казанский A.K., Соловьев B.A. ЖЭТФ, 1976, v. 70, p. 493.
- Stone A.D., Azbel M.Ya., Lee P.A. Phys. Rev.В., 1985, v. 31, p. 1707.
- Лисица B.C. Оптика и спектроскопия, 1971, т. 31, с. 862.
- Коварский В.А., Перельман Н. Ф. ЖЭТФ, 1971, т. 61, с. 1389.
- Зон Б.А., Шолохов Е. И. ЖЭТФ, 1976, т. 70, с. 887.
- Манаков Н.Л., Овсянников В. Д., Рапопорт Л. П. ЖЭТФ, 1976, т. 70, с. 1697.
- Kazansky А.К., Nakamura Н., Ostrovsky V.N. Laser Phys., 1997, v. 7, p. 773.
- Maquet A. Phys. Rev. A, 1977, v. 15, p. 1088.
- Зон Б.А., Манаков Н. Л., Рапопорт Л. П. Оптика и спектроскопия, 1975, т. 37, с. 13- Krylovetsky A.A., Manakov N.L., Marmo S.I. Laser Phys., 1997, v. 7, p. 1756.
- Меликян A.O. ЖЭТФ, 1975, т. 68, с. 1228- Квантовая электроника, 1977, т. 4, с. 429.
- Браун П. А., Мирошниченко Г. П. Оптика и спектроскопия, 1980, т. 49, с. 1024.
- Chu S.I. Adv. At. Mol. Phys., 1985, v. 21, p. 197.
- Berson I.J. J Phys. B: At Mol. Phys., 1975, v. 8, p. 3078.
- Faisal F.H.M. Phys. Lett. A, 1987, v. 119, p. 375- Phys. Lett. A, 1987, v. 125, p. 200.
- Kaminski J.Z. Phys. Lett. A, 1987, v. 120, p. 396- Phys. Rev. A, 1995, v. 52, p. 4976.
- Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Квантовая механика (нерелятивистская теория). Москва, Наука, 1989.
- Goldberger M.L., Watson К.М. Collision Theory, 1964, New York, Jhon Wiley and Sons, 1964.
- Манаков Н.Л., Рапопорт Л. П. ЖЭТФ, 1975, т. 69, с. 842.
- Зельдович Я.Б., Манаков Н. Л., Рапопорт Л. П. УФН, 1975, т. 117, с. 569.
- Манаков Н.Л., Файнштейн А. Г. ЖЭТФ, 1980, т. 79, с. 751.
- Островский В.Н. ТФМ, 1977, т. 33, с. 126.
- Potvliege R.M., Shakeshaft R. Phys. Rev. A, 1988, v. 38, p. 6191.
- Манаков Н.Л., Преображенский M.A., Рапопорт Л. П., Файнштейн А. Г. ЖЭТФ, 1978, т. 75, с. 1243.
- Манаков Н.Л., Файнштейн А. Г. ТФМ, т. 48, с. 375.
- Ostrovsky V.N., Telnov D.A. J Phys. В: At Mol. Phys., 1987, v. 20, p. 2397−2420.
- Junker B.R. Adv. At. Mol. Phys., 1982, v. 18, p. 208- Reinchardt W.P. Ann. Rev. Phys. Chem., 1982, v. 33, p. 223.
- Chu S.I., Reinhardt W.P. Phys. Rev. Lett., 1977, v. 39, p. 1195.
- Potvliege R.M., Shakeshaft R. in book Atoms in Intense Laser Fields ed. M. Gavrila New York: Academic Press, 1992, p. 373.
- Potvliege R.M. in book Super-Intense Laser-Atom Physics IV, eds Muller H.G. and Fedorov M.V. NATO ASI Ser. 3 v. 313, Dordrecht: Kluwer, 1996, p. 133.
- Potvliege R.M., Shakeshaft R. Phys. Rev. A, 1990, v. 41, p. 1609.
- Shakeshaft R., Tang. X. Phys. Rev. A, 1987, v. 36, p.3193.
- Alvarez G., Sundaram B. Phys. Rev. A, 1990, v. 42, p. 452.
- Graffi S., Grecchi V., Silverstone H.G. Ann. Inst. Henri Poincare Phys. Teor., 1985, v. 42, p. 215.
- Fainshtein A.G., Manakov N.L., Ovsiannikov V.D., Rapoport L. P. Phys. Rep., 1992, v. 210, p. 111.
- Рапопорт JI.П., Зон Б.А., Манаков Н. Л. Теория многофотонных процессв в атомах, Москва, Атомиздат, 1978.
- Manakov N.L., Ovsiannikov V.D., Rapoport L.P. Phys. Rep., 1986, v. 141, p. 319.
- Chu S.I. Adv. Chem. Phys., 1989, v. 73, p. 739.
- Potvliege R.M., Shakeshaft R. Phys. Rev. A, 1989, v. 40, p. 3061.
- Telnov D. A., Chu S. I. Phys. Rev. A, 1994, v. 50, p. 4099.
- Becker W., Long S., Mclver J.K., Phys. Rev. A, 1994, v. 50, p. 1540.
- Becker W., Lohr A., Kleber M., Lewenstein M., Phys. Rev. A, 1997, v. 56, p. 645.
- Weihe F.A. et al. Phys.Rev. 1995, v. A 51, p. R3433.
- Wang Z.M., Elliot D.S. Phys. Rev. Lett., 2000, v. 84, p. 3795.
- Cm. Circular Dichroism: Principles and Applications, ed. by Nakanishi K., Berova N., and Woody R.W. VCH Publishers, New York, 1994.
- MaHaKOB H.JI. >K9T
- Berakdar J., Klar H. Phys. Rev. Lett., 1992, 69, p. 1175 .
- Manakov N.L., Marmo S.I., Meremianin A.V. J. Phys. B., 1996, 29, p. 2711.62. mahakob H.JI. >K9T
- Manakov N.L., Marmo S.I., Meremianin A. V. J. El. Spectr. & Rel. Phen., 1996, 79, p. 331 — Manakov N.L., Meremianin A.V., Carney J.P.J., Pratt H. Phys. Rev. A., 2000, 61, p. 32 711.
- Manakov N.L., Meremianin A.V., Maquet A. Carney J.P.J., J. Phys. B, submitted.
- Rapoport L.P., Kornev A.S. J. Phys. B, 2000, v. 33, p. 87.
- Fehr M., Berakdar J., Klar H. J. Phys. B, 1994, v. 27, p. L401- Berakdar J., Engelns A., Klar H. J. Phys. B, 1996, 29, p. 1109.
- Lower J., Elliott A., Weigold E., Mazevet S., Berakdar J. Phys. Rev. A, 2000, v. 62, p. 12 706.
- Manakov N.L., Ovsiannikov V.D. At Mol. Opt. Phys., 1997, v. 30, p. 2109.
- Manakov N.L., Frolov M.V., Starace A.F., Fabrikant I.I. J. Phys. B, 2000, v. 33, p. R141.70 71 [7273 747 576 7778
- Манаков Н.Л., Меремьянин A.B. ЖЭТФ, 1997, т. Ill, с. 1984.
- Переломов A.M., Попов B.C., Терентьев М. В. ЖЭТФ, 1966, т. 51, с. 309- Переломов А. М, Попов B.C. ЖЭТФ, 1967, т. 52, с. 514- Попов B.C., Кузнецов В. П., Переломов A.M. ЖЭТФ, т. 53, с. 331
- Келдыш Л.Д. ЖЭТФ, 1964, т. 47, р. 1945.
- Goreslavskii S.P., Popruzhenko S.V. Laser Phys., 1996, v. 6, p. 780- ЖЭТФ., т. 110, с. 1200.
- Bashkansky M., Bucksbaum P.H., Schumacher D.W. Phys. Rev. Lett., 1988, 60, 2458 (1988).
- Duleu F., Blondel C., Delsart C. J.Phys. B, 1985, v. 28, p. 3845.
- Blondel C., Delsart C. Laser Phys., 1993, v. 3, p. 3- Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 1993, v. 79, p. 156- DuleuF., Blondel C., and Delsart C. J.Phys. B, 1995, v. 28, p. 3861.
- Nikolopoulos L.A.A., Lambropoulos P. Phys. Rev. A, 1997, v. 56, p. 3106.
- Manakov N.L., Maquet A., Marmo S.I., Veniard V., Ferrante G. J. Phys. B, 1999, v. 32, p. 3747.
- Borca В., Flegel A.V., Frolov M.V., Manakov N.L., Milosevic D.B., Starace A.F. Phys. Rev. Lett., 2000, v. 85, N. 4.
- Salieres P., L’Huillier A., Antoine P., Lewenstein M. Adv. At. Mol. Opt. Phys., 1999, v. 41, p. 83.
- Callaway J. Phys. Rev., 1963, v. 130, р. A549.
- Слоним B.3., Далидчик Ф. И. ЖЭТФ, 1976, т. 71, с. 2057.
- Арутюнян И. Н, Аскарьян Г. А. Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 12, с. 378.
- Никишов А.И. ЖЭТФ, 1972, т. 62, с. 562.
- Фабрикант И.И. ЖЭТФ, 1980, т. 79, с. 2070.
- Reinhardt W.P. J Phys. В: At Mol. Phys., 1983, v. 16, р. L635.
- Rau A.R.P., Wong H.Y. Phys. Rev. A, 1988, v. 37, p. 632.
- Greene C.H., Rouze N. Z. Phys. D, 1988, v. 9, p. 219.
- Du M.L., Delos J.B. Phys. Rev. A, 1988, v. 38, p. 5609.
- Du M.L. Phys. Rev. АД989, v. 40, p. 4983.
- Kondratovich V.D., Ostrovskii V.N. J Phys. B: At Mol. Phys., 1990, v. 23, p. 21.
- Ostrovsky V.N., Telnov D.A. J Phys. B: At Mol. Phys., 1991, v. 23, p. L477- J Phys. B: At Mol. Phys., 1993, v. 26, p. 415.
- Ostrovsky V.N., Telnov D.A. Laser Phys., 1993, v. 3, p. 495.
- Nicolaides C.A., Mercouris. Th. Chem. Phys. Lett., 1989, v. 159, p. 45.
- Fabrikant LI. Phys. Rev. A, 1989, v. 40, p. 2373.
- Gao В., Starace A.F. Phys. Rev. A, 1990, v. 42, p. 5580.
- Bao M.Q., Fabrikant I.I., Starace A.F. Phys. Rev. A, 1998, v. 58, p. 411.
- Feynman R.P. Rev. Mod. Phys., 1948, v. 20, p. 367- Feynman R.P., Hi-bbs A.R. Quantum Mechanics and Path Integrals New York: McGraw-Hill, 1965.
- Казаков A.E., Макаров В. П., Федоров M.B. ЖЭТФ, 1976, т. 70, с. 38
- Kukulin V.l., Krasnopol’sky V.M., Horacek J. Theory of Resonances. Prague: Academia, 1989.
- Watson D.K. Phys. Rev. A, 1986, v. 34, p. 1016.
- Rescigno T.N., McCurdy C.W. Phys. Rev. A, 1986, v. 34, p. 1882.
- Hokkyo N. Prog. Theor. Phys., 1965, v. 33, p. 1116.
- Зельдович Я.Б. ЖЭТФ, 1961, v. 39, p. 776.
- Ben-Tal N., Moiseyev N., Kozloff R., Cerjan Gh. At Mol. Opt. Phys., 1993, v. 26, p. 1445.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. Москва, Наука, 1988.
- Blum К. Density Matrix Theory and Applications New York: Plenum, 1981.
- Handbook of Mathematical Functions, eds Abramowitz M and Stegun I A New York, Dover, 1965.
- Демков Ю.Н., Друкарев Г. Ф. ЖЭТФ, 1964, т. 47, с. 918.
- Алилуев С.П., Вайнберг В.М, Попов B.C. ЖЭТФ, 1982, т. 82, с. 77.
- Krainov V.P., Mulykov Z.S. Laser Phys., 1993, v. 3, p. 75.
- Берестецкий В.В., Лифшиц Е. М., Питаевекий Л. П. Квантовая электродинамика. Москва, Наука, 1989.
- Bao M.Q., Starace A.F. Phys. Rev., 1996, v. A 53, p. R3723.
- Kuchiev M.Yu., Ostrovsky V.N. J. Phys. B, 1999, v. 32, p. L189- Phys. Rev. A, 1999, v. 59, p. 2844.
- Kramers H.A. Collected Scientific Papers. (North-Holland, Amsterdam, 1956) — Henneberger W.C., Phys. Rev. Lett., 1968, v. 21, p. 838.
- Adelman S.A. J. Phys. B, 1973, v. 6, p. 1986.
- Liu C.R., Gao B., Starace A.F. Phys. Rev. A, 1992, v. 46, p. 5985.
- Van der Hart H. W. Phys. Rev. A, 1994, v. 50, p. 2508.
- MaHaKOB H. JL, MapMO C.H., (DairaniTefiH AT. }K9T
- Wigner E.P. Phys. Rev., 1948, v. 73, p. 1002-
- Telnov D. A. J. Phys. B, 1991, v. 24, p. 2967.
- Telnov D.A., Chu S.I. J. Phys. B, 1996, v. 29, p. 4401.
- Telnov D.A., Chu S.I. Phys. Rev. A, 2000, v. 61, p. 13 408.
- Zhao X.M., Gulley M.S., Bryant H.C., Strauss C.E.M., Funk D.J., Stintz A., Rislove D.C., Kyrala G.A., Ingalis W.B. and Miller W.A. Phys. Rev. Lett., 1997, v. 78, p. 1656- Phys. Rev. A, 1999, v. 60, p. 4753.
- Praestegaard L., Andersen Т., Balling P. Phys. Rev. A, 1999, v. 59, p. 3154.
- Sanchez I., Bachau H., Martin F. J. Phys. B, 1995, v. 28, p. 2863- 30, 2417 (1997) — J. Phys. B, 1998, v. 31, p. L801.
- Broad J.T., Reinhardt W.P. Phys. Rev. A, 1976, v. 14, p. 2159.
- Манаков Н.Л., Фролов M.B., Борка В., Старасе А. Ф. Письма в ЖЭТФ, 2000, т.72, с. 426.
- Gavrila М. and Kaminski J. Phys. Rev. Lett., 1984, 52, p.613.
- Fedorov M.V. and Movsesian A.M. J. Phys. B, 1988, 21, L155- Fedorov M.V. Laser Phys., 1999, 9, p.209.
- Q.Su Q., Laser Phys., 1993, 2, p.241- Su Q., Irving B.P., Johnson C.W. and Eberly J.H. J. Phys. B, 1996, 29, p.5755.
- Su Q., Irving B.P. and Eberly J.H. Laser Phys., 1997 7, p. l- Patel A., Kylstra N.J. and Knight P.L. J. Phys. B, 1999, 32, p.5759- Popov A.M., Tikhonova O.V. and Volkova E.A. Laser Phys., 2000, 10, p.779.
- Dorr M. and Potvliege R.M. J. Phys. B, 2000, 33, L233.
- Day H.C., Piraux B. and Potvliege R.M. Phys. Rev. A, 2000, 61, p.31 402®.
- Крайнов В.П., Преображенский M.A. ЖЭТФ, 1993, 103, 1142.
- Geltman S. J. Phys. B, 1999, 32, p.853- Mereouris T. and Nicolaides C. J. Phys., 1999, 32, p.2371- Figueira C., Fring A. and Schrader R. Laser Phys., 1999 9, p.379.
- Shakeshaft R. et al. Phys. Rew. A, 1990, 42, p.1656.
- Faisal F.H.M. et al. Phys. Rew. A, 1990, 41, p.6176.
- Манаков H.JI., Файнштейн А. Г. Теор. Мат. Физ., 1981, 48, с. 375- Potvliege R.M. and Shakeshaft R. Phys. Rev. A, 1990, 41, 1609.
- Dorr M., Purvis J., Terao-Dunesath M., Burke P.G., Joachain C. J., Noble C.J. J. Phys. B, 1995, v. 28, p. 4481.
- Krstic P. S., Milosevic D.B., Janev R.K. Phys. Rev. A, 1991, v. 44, p. 3089.
- Смирнов Б.М., Чибисов М. И. ЖЭТФ, 1965, т. 49, с. 841.
- Bethe H.A., Peierls R.E. Proc. Roy. Soc. A., 1935, v. 148, p. 146.
- Armstrong B.H. Phys. Rev., 1963, v. 131,
- Далидчик Ф.И., Слоним B.3., ЖЭТФ, v. 70, p. 47.