Многофотонная ионизация

Многофото́нная иониза́ция — процесс ионизации атома, молекулы или иона в поле электромагнитной волны путём поглощения двух и более фотонов. Является частным случаем многофотонного поглощения.

Многофотонная ионизация является частным предельным случаем более общего процесса ионизации в переменном поле (обратным предельным случаем, когда зависимостью внешнего поля от времени можно пренебречь, является туннельная ионизация).

Физика явления

Необходимым условием наблюдения многофотонной ионизации является выполнение условия $h\nu<eI_p$, где $h\nu$ — энергия фотона ($\nu$ — частота электромагнитного излучения), $eI_p$ — энергия ионизации ($I_p$ — потенциал ионизации). В то же время полная энергия поглощённых фотонов $Nh\nu$ ($N$ — число поглощённых фотонов) должна быть больше энергии ионизации.

Вероятность ионизации $w$ зависит от интенсивности излучения $I$ и связана с ней степенным законом:

$w = \alpha_N I^N\,$

Таким образом, многофотонная ионизация является нелинейным процессом по отношению к интенсивности излучения. Константа $\alpha_N$ зависит от вида ионизируемого атома, а также от частоты и поляризации (для несферических молекул) излучения. Для зависимости $\alpha_N(\omega)$ характерно наличие резонансов, связанных с совпадением частоты излучения с одним из переходов в спектре атома или молекулы (в сильном поле необходимо также учитывать эффект Штарка).

Многофотонная ионизация, вообще говоря, не является пороговым эффектом, то есть в принципе может наблюдаться при сколь угодно малых интенсивностях излучения. На практике, однако, для экспериментального наблюдения эффекта требуются относительно высокие интенсивности, достижимые только с использованием лазеров. Кроме того, многофотонная ионизация может быть получена только в разреженных газах. В плотных газах (при давлении более нескольких торр) доминирует лавинная ионизация.

Применение

Процесс многофотонной ионизации лежит в основе метода многофотонной резонансной спектроскопии, для которой характерны высокая степень селективности по частотам и большая эффективность регистрации.

Литература

• H. Б. Делоне Многофотонная ионизация // Физическая энциклопедия / Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов, Б. К. Вайнштейн, С. В. Вонсовский, А. В. Гапонов-Грехов, С. С. Герштейн, И. И. Гуревич, А. А. Гусев, М. А. Ельяшевич, М. Е. Жаботинский, Д. Н. Зубарев, Б. Б. Кадомцев, И. С. Шапиро, Д. В. Ширков; под общ. ред. А. М. Прохорова. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 165. — 672 с. — 48 000 экз.