I. Phổ phát xạ và sóng điều hòa bậc cao
Phổ phát xạ và sóng điều hòa bậc cao (HHG) là hai khái niệm trung tâm trong nghiên cứu này. Phổ phát xạ được tạo ra khi nguyên tử tương tác với laser cường độ cao, tạo ra các photon có tần số bằng bội số nguyên lần tần số laser. Sóng điều hòa bậc cao có hình dáng đặc trưng với miền phẳng và điểm dừng. Mô hình ba bước Lewenstein giải thích cơ chế hình thành HHG: ion hóa xuyên hầm, gia tốc điện tử, và tái kết hợp phát xạ photon. Nguyên tử chồng chập là trạng thái kết hợp của hai trạng thái liên kết, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và miền phẳng của HHG.
1.1. Mô hình ba bước Lewenstein
Mô hình ba bước Lewenstein mô tả quá trình hình thành sóng điều hòa bậc cao. Bước đầu tiên, trường laser làm biến dạng thế Coulomb, điện tử ion hóa xuyên hầm. Bước thứ hai, điện tử được gia tốc trong trường laser. Bước cuối cùng, điện tử tái kết hợp với ion mẹ, phát ra photon HHG. Động năng cực đại của điện tử khi tái kết hợp là 3.17Up, với Up là thế trọng động. Năng lượng photon phát ra tuân theo định luật bảo toàn năng lượng, với điểm dừng được xác định bởi thế ion hóa Ip và Up.
1.2. Ứng dụng của HHG
Sóng điều hòa bậc cao có ứng dụng quan trọng trong việc tạo xung atto giây, thăm dò các quá trình chuyển động cực nhanh như chuyển động điện tử và phản ứng hóa học. Để tăng hiệu suất và mở rộng miền phẳng của HHG, các phương pháp như tăng cường độ laser, sử dụng nguyên tử ở trạng thái kích thích, hoặc nguyên tử chồng chập được áp dụng. Tuy nhiên, việc tăng cường độ laser có thể dẫn đến suy giảm trạng thái, làm giảm hiệu suất HHG.
II. Nguyên tử chồng chập và phát xạ HHG
Nguyên tử chồng chập là trạng thái kết hợp của hai trạng thái liên kết, thường là trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát phổ phát xạ từ nguyên tử chồng chập với các hệ số đóng góp khác nhau. Kết quả cho thấy, phổ phát xạ từ nguyên tử chồng chập có hiệu suất cao hơn và miền phẳng mở rộng so với trường hợp nguyên tử ở trạng thái riêng lẻ. Sóng điều hòa bậc cao từ nguyên tử chồng chập cũng xuất hiện nhiều điểm dừng do hiệu ứng suy giảm trạng thái.
2.1. Hiệu suất phát xạ từ nguyên tử chồng chập
Khi nguyên tử chồng chập của trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích, hiệu suất phát xạ sóng điều hòa bậc cao tăng đáng kể. Ngay cả với đóng góp nhỏ của trạng thái kích thích, hiệu suất HHG và miền phẳng đều được cải thiện. Điều này cho thấy sự nhạy cảm của phổ phát xạ với sự đóng góp của trạng thái kích thích. Khảo sát phổ từ nguyên tử chồng chập cũng cho thấy sự xuất hiện của nhiều điểm dừng, được giải thích bằng tốc độ ion hóa và hiệu ứng suy giảm trạng thái.
2.2. Hiệu ứng đa điểm dừng
Trong phổ phát xạ từ nguyên tử chồng chập, hiệu ứng đa điểm dừng xuất hiện khi sử dụng laser cường độ cao. Hiệu ứng này được giải thích bằng sự suy giảm của trạng thái kích thích và tốc độ ion hóa. Các điểm dừng trong phổ điều hòa bậc cao phụ thuộc vào cường độ laser và hệ số đóng góp của trạng thái kích thích. Nghiên cứu này đề xuất đại lượng tốc độ ion hóa để giải thích quy luật xuất hiện của các điểm dừng, mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc kiểm soát phổ phát xạ.
III. Phương pháp và kết quả khảo sát
Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải số phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian (TDSE) để tính toán phổ phát xạ từ nguyên tử chồng chập. Chương trình tính toán được phát triển bằng ngôn ngữ Fortran, cho phép mô phỏng chính xác quá trình tương tác giữa nguyên tử và laser. Kết quả cho thấy, phổ điều hòa bậc cao từ nguyên tử chồng chập có hiệu suất cao hơn và miền phẳng mở rộng so với trường hợp nguyên tử ở trạng thái riêng lẻ. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra sự phụ thuộc của cường độ HHG vào hệ số đóng góp của trạng thái kích thích.
3.1. Phương pháp giải TDSE
Phương pháp giải phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian (TDSE) được sử dụng để tính toán phổ phát xạ từ nguyên tử chồng chập. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác quá trình tương tác giữa nguyên tử và laser, bao gồm cả hiệu ứng phi tuyến và phi nhiễu loạn. Chương trình tính toán được phát triển bằng ngôn ngữ Fortran, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc mô phỏng các quá trình vật lý phức tạp.
3.2. Kết quả khảo sát phổ HHG
Kết quả tính toán cho thấy, phổ điều hòa bậc cao từ nguyên tử chồng chập có hiệu suất cao hơn và miền phẳng mở rộng so với trường hợp nguyên tử ở trạng thái riêng lẻ. Cường độ HHG rất nhạy với sự đóng góp của trạng thái kích thích, chỉ cần đóng góp nhỏ đã làm tăng hiệu suất phát xạ đáng kể. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra sự xuất hiện của nhiều điểm dừng trong phổ phát xạ, được giải thích bằng tốc độ ion hóa và hiệu ứng suy giảm trạng thái.
