Chương 1. Trình bảy về tương tác giữa laser với vật chất, trong đó nhắn. mạnh vào quá trình ion hóa của nguyên tử, phân tử thông qua ba cơ chế là ion hóa đa. photon, ion hóa xuyên ngằm và ion hóa vượt rào.
Ngoài ra trong chương này còn đi sâu tìm hiểu về quá trình ion hóa kép không liên tục của nguyên tử, phân tử. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính. Trình bày về mô hình tập hợp ba chiều. Đây là một công cụ toán học hiệu quả để khảo sát các quá trình vật lý xây ra khi vật chất chịu tác dụng của trường laser.
Ngoài ra trong chương này tác giả còn để .cập đến thuật toán Runge — Kutta để giải quyết bài toán Cauchy cơ bản nhất, từ đó mở. rộng khảo sát cho phương trình vi phân cắp cao. Ngoài ra trong chương này còn cho thấy, mức độ tỉn cậy cao của thuật toán Runge — Kutia so với phương pháp giải tích phương trình vi phân cắp hai trong bài toán cổ điển Newton. Kết quả nghiên cửu.
Kiểm chứng tính chính xác của chương trình tính toán thông qua việc khảo sát cho hệ dao động tắt dần. Đồng thời trong chương này còn trình. bày kết quả khảo sát hóa kép không liên tục của nguyên tử Argon đưới tác dụng. của trường laser khi thay đổi độ dài xung và cường độ điện trường.1, Qué trinh tương tác giữa laser và nguyên tử, phân từ.
Hiện nay, quá trình tương tác giữa trường laser với nguyên tử, phân tử là một trong những đề tải hắp dẫn thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học bởi nó có nhiều. ứng dụng trong khoa học công nghệ và trong cuộc sống. Theo lý thuyết lượng tử, trường. laser được xem như là những dòng hạt photon có năng lượng, động lượng và spin xác định.
Vì vậy khi tương tác với nguyên tử phân tử, laser sẽ làm cho các trạng thái nguyên tử bị thay đổi. Khi đó nhiều hiệu ứng phi tuyển được xây ra như quá trình ion hóa, phát xạ sóng điều hòa bậc cao, quá trình ion hóa kép không liên tục. Tùy thuộc vào cường. độ của trường laser mà cơ chế tương tác giữa laser với nguyên tử, phân tử sẽ khác nhau.
Quá trình ion hóa Khi cường độ trường laser yếu hơn nhiều so với thé ion hóa của nguyên tử, trường. laser chỉ có tác đụng gây ra sự nhiễu loạn các trạng thái electron của nguyên tử. trường hợp này, các mức năng lượng của nguyên tử bị thay đổi tỉ lệ với bình phương. cường độ của trường laser, hiện tượng này gọi là sự địch chuyển Stark.
Do đó, vùng này được gọi là vùng nhiễu loạn của quang học phi tuyến. Trong vùng này, sự ion hóa chủ. yếu diễn ra theo cơ chế đa photon, nghĩa là nguyên tử hắp thụ liên tiếp nhiều photon làm. ho năng lượng của nó tăng dằn đến khi lớn hơn năng lượng liên kết thì electron được.
chuyển sang trạng thái tự do. Như vậy, khi cường độ trường laser yếu hơn nhiều so với trường Coulomb của nguyên tử thì nguyên tử chỉ hắp thụ một cách tự phát N photon và xảy ra sự ion hóa đa photon. Trong trường hợp ion hóa đa photon thế của nguyên từ. không bị biến dạng do điện trường không đủ mạnh.1 Seton héa da photon [13] 'Khi cường độ trường laser lớn hơn so với trường Coulomb của nguyên tử.
Khi đỏ thế của nguyên từ sẽ bị biến dạng, Lúe đó các elecon liên kết yêu với hạt nhân và sẽ thoát khỏi nguyên tử hoặc phân từ thông qua một rảo thể xác định bởi cơ chế xuyên ngằm. Rào thể này trở nên thắp và móng hơn khi cường độ trường laser tăng lên.2a, đường mảnh ứng với thể của điện trường, đường cong dày ứng với thế năng hiệu. dung và đường nằm ngang đặc trưng cho năng lượng liên kết của nguyên tử khi không có trường laser. Cư chế lon hóa: xuyên ngầm (4), sagt rio (b) J4] Khi điện trường tiếp tục tăng rio thé sé bị hẹp lại và ha thấp xuống, đến khi nó hạ.
xuống thấp hơn năng lượng liên kết của electron thì electron sẽ đi từ trạng thái liên kết sang trạng thái tự do. Sự ion hóa lúc này diễn ra theo cơ chế vượt rào (hình 1. độ trường laser tới hạn F; xác định giao điểm giữa vùng ion hóa xuyên ngằm và vùng. ion hóa vượt rào.
Giá trị Fe này có thể được ước lượng bằng cách cho thể năng hiệu dụng.cực đại bằng với thế năng ion hóa của clectron liên kết. Quá trình ion hóa kép Như chúngta đã biết, khi chiếu một chùm laser vào trong nguyên tử thì các electron. trong nguyên tử có thể bị ion hóa theo các cơ chế như ion hóa đa photon, xuyên ngẰm. hay vượt rào tùy thuộc vào cường độ của chùm laser.
Trong 46 khi các electron trong, nguyên tử bị ion hóa xuyên ngầm qua rào thé tạo bởi thể ion hóa của nguyên tử và cường.độ chùm laser sẽ có nhiều hiện tượng phi tuyển xảy ra. Khi đó electron tự do bứt ra khỏi ion mẹ được gia tốc trong trường laser, nó quay lại va chạm với ion mẹ khi trường laser. 'Quá trình ion hóa kép là quá trình hai elecron bị bứt ra khỏi ion mẹ đưới tác dụng của trường laser khi bức xạ của trường laser tác dụng vào nguyên tử hay phân tử trung, hòa. Quá trình ion hóa kép được chia thành hai cơ chế khác nhau: quá trình ion hóa kép.
liên tục và quá trình ion hóa kép không liền tục. Quá trình lon hóa kép liên tục Trong đó quá trình ion hóa kép liên tục được hiểu là cả hai electron trong nguyên tử. bứt ra cùng một thời điểm dưới tác dụng của trường laser hoặc sau một thời gian electron thứ nhất bút ra thì eleetron thứ hai cũng bứt ra khỏi ion mẹ. Trong quá trình ion hóa kép.
liên tục không xây ra sự tái va cham cia electron va ion me. etc ra te ]— “Hình 1.3, VÌ dụ về quá trình lon hóa kép liên tục [14] 1. Quá trình ion hóa kép không liên tục ‘Cén quá trình ion hóa kép không liên tục có cơ chế khác hoàn toàn, được hiểu đó là quả trình eleeton thử nhất bút khỏi ion mẹ, sau một thời gian khi trường laser đổi chiều, nó quay lại va chạm với ion mẹ, khi đó eleetron thứ hai mới được giải phóng. Khi đỏ động năng cue dai dé electron quay lại va chạm với ion mẹ được tính là E=3.17U,, do đó năng lượng của photon la: £<I,+31TU, aay trong đó Í„ là thể ion hóa của nguyên wt, U, là thể truyền động trong trường laser được.
xác định theo công thức U„ = //4@° (trong đỏ !, @ là cường độ và tằn số của trường. Hiện tượng ion hóa kép không liên tục được phát hiện bằng thực nghiệm bởi Suran 'vả Zapesochny cho nguyên tử kiểm thổ vào đâu năm 1975. Mặc đủ được nghiên cứu sâu. rông nhưng chỉ tiết về quá trình ion hóa kép của nguyên tử kiểm thổ này vẫn chưa được tìm hiểu kỹ.
Quá trình ion hóa kép trong trường hợp này được thực hiện bởi sự chuyển. mức của cả hai electron thông qua phố trạng thải nguyên tử, nằm giữa thế của electron thứ nhất và thứ hai Đổi với các nguyên tử khi hiểm, quá trình ion hóa kép không liên. tục đầu tiên được quan sát bởi LHuillier. Hiên tượng này nhanh chóng thu hút sự quan tâm của các nhả nghiên cứu sau khi nó được tìm thấy trong trường hồng ngoại vả đối với cường độ cao hơn.
Cơ chế của quả trình ion hóa kép không liễn tục của các nguyễn tử 'khi hiểm khác với các nguyên tử kiểm thổ. Sau khi electron thứ nhất bị ion hóa, electron được giải phóng có thể quay lại va chạm với ion mẹ. Electron nảy đóng vai trở như một atomic antenna”, hdp thy năng lượng tử trường laser giữa quả trình ion hóa và qua trình tải va cham, co chế nảy được gọi là mô hình ba bước của quá trình ion hóa kép không, liên tue {5} Detachment of 1* electron -®:— eis <®—— ——— —m~e= Hình 1. M6 hình ba bước cưa NSDI J15] "Trong tương tác giữa nguyên tử với laser, quá trình ion hóa kép không liên tục thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học bởi những tín hiệu ghỉ nhận được từ phỏ.
động lượng tương quan của hai electron cung cắp rất nhiều thông tin về sự tương tác giữa laser với vật chất cũng như sự tương quan giữa electron — electron trong nguyên tir khi eleeron thứ nhất quay lại va chạm với electron thir hai thong qua va chạm không đân hồi. CƠ SỞ LÝ THUYET VA PHUONG PHAP TINH 2. Mô hình tập hợp ba chiều cỗ điển “Trong tương tác giữa nguyên tử, phân tử với trường laser, quá trình ion hóa kép không, liên tục thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học bởi những tín hiệu ghỉ nhận. được từ phổ động lượng tương quan của hai electron cung cắp rắt nhiều thông tin vẻ sự tương tác giữa laser với vật chất cũng như sự tương quan giữa electron - electron trong.
nguyên tử khi trải qua quá trình ion hóa kép. Hiện nay có hai cách phổ biến để tiếp cận. bai toán NSDI. Cách thứ nhất là dựa theo nền ting của cơ học lượng tử, trong đó những.
tính chất của các electron ion hóa được thu nhận từ việc sử dụng phương pháp giải chính xác nghiệm phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian (TDSE ~ Time Dependent Schrödinger Equation) với sự góp mặt của trường laser. Trong phương pháp giải số, đây là phương pháp cho kết quả chính xác. Tuy nhiên, với phương pháp này việc lập trình. khá phức tạp và chí cho kết quả cuối cùng mà không cung cắp các thông tin về quá trình.
động lực học vật lý của các eleetron điễn ra trong suốt quá trình tương tắc với laser. VÌ vậy phương pháp này không được sử dụng phổ biển để khảo sát bải toán NSDI. Cách tiếp cận thứ hai là sử dụng mô hình tập hợp ba chiều cổ điển thông qua việc giải phương. trình Newton cho từng electron chịu sự tác dụng của trường laser và trường tương tác hạt nhân của nguyên tử.
Từ khi được giới thiệu vào năm 2001 [3], mô hình tập hợp ba chiều này được xem là một công cụ hiệu quả để nghiên cứu quá trình DĨ trong trường mmạnh. Với phương pháp này, vai trò của lực đẩy electron — electron và lực hút electron ~ ion trong việc quan sát phổ electron của quá trình ion hóa kép không liền tục cũng được xác định một cách thành công và năng lượng bắt đối xửng trong quá trình tải và chạm cũng được phát hiện. Mô hình cổ điển này cũng đạt được thành công trong việc. tiên đoán các hiện tượng mới trong quá trình ion hóa kép trường mạnh.