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 ${\displaystyle h\nu <eI_{p}}$, где ${\displaystyle h\nu }$ — энергия фотона (${\displaystyle \nu }$ — частота электромагнитного излучения), ${\displaystyle eI_{p}}$ — энергия ионизации (${\displaystyle I_{p}}$ — потенциал ионизации). В то же время полная энергия поглощённых фотонов ${\displaystyle Nh\nu }$ (${\displaystyle N}$ — число фотонов, поглощённых в одном элементарном акте) должна быть больше энергии ионизации.

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

${\displaystyle w=\alpha _{N}I^{N}}$

Таким образом, многофотонная ионизация является нелинейным процессом по отношению к интенсивности излучения. Константа ${\displaystyle \alpha _{N}}$ зависит от вида ионизируемого атома, а также от частоты и поляризации (для несферических молекул) излучения. Для зависимости ${\displaystyle \alpha _{N}(\omega )}$ 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. Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Магнитоплазменный — Пойнтинга теорема. — С. 165. — 672 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-019-3.