А.В. АНДРЕЕВ, С.Ю. СТРЕМОУХОВ, О.А. ШУТОВА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

УДК 530.1(06) Теоретические проблемы физики
А.В. АНДРЕЕВ, С.Ю. СТРЕМОУХОВ, О.А. ШУТОВА
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
ОКОЛОАТОМНОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ С ОДИНОЧНЫМ
ВОДОРОДОПОДОБНЫМ АТОМОМ
На основе тождественного преобразования уравнения Шрёдингера развита
непертурбативная теория взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. В рамках этой теории решена задача об ионизации одиночного атома.
Процесс атомно-полевого взаимодействия при высоких интенсивностях облучающего лазерного импульса является существенно нелинейным, что приводит к генерации высоких гармоник, надпороговой ионизации, генерации суперконтинуума и другим сложным нелинейным эффектам. Важнейшим параметром, сущностно отражающим характер этого
взаимодействия является отношение напряженности поля в световой
E
волне к напряженности внутриатомного поля 0 E . С самых общих поat
зиций понятно, что в области атомных величин лазерного поля, E0  Eat ,
описание взаимодействия атома с полем является очень сложной задачей,
принципиально неадекватной традиционным методам, основанным на
теории возмущения по параметру малости отношения полей.
Наряду с генерацией гармоник, все большую роль начинают играть
параметрические нелинейно-оптические процессы. Снятие вырождения и
сдвиг атомных уровней становятся сравнимы с разностью энергий между
уровнями свободного атома, существенно изменяются правила отбора.
Таким образом, непротиворечивая теория, адекватно описывающая этот
режим, должна быть основана на подходе, в котором все возможные многоквантовые процессы принимаются в расчет с одинаковой точностью.
Разумеется, такая теория не может быть никакой модификацией теории
E
возмущений, основанной на параметре малости 0 E .
at
Особенности нашего подхода таковы. Первая заключается в малости
параметра взаимодействия атома с соленоидальной компонентой внешнего поля, а взаимодействие с потенциальной частью описывается точно.
Вторая особенность состоит в следующем. Проводимые нами исследования привели нас к заключению, что необходимо не вычислять мультипольные моменты между двумя состояниями атома, взаимодействующего
198
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5
УДК 530.1(06) Теоретические проблемы физики
с лазерным полем, а вместо этого вычислять атомный отклик на конкретной частоте с учетом всех мультипольных моментов вплоть до бесконечности как функцию мгновенной величины лазерного поля [1, 2].
В нерелятивистском пределе уравнение взаимодействия атома с электромагнитным имеет хорошо известный вид уравнения Шрёдингера
2

  1 
e 
i

p

A

  U  
t  2m 
c 

где первое слагаемое представляет собой гамильтониан свободного атома,
а U – потенциал родительского ядра. Можно показать, что путем тождественных преобразований данное уравнение можно привести к виду
 p2


1  e 
e 
e 
e  e 2 2 

i
 V 1 
 U V  
p

A

A


A
p

A   A   (1)



t
2m  c 
c 
c 
c  c2
 2m


где введен оператор эволюции V и параметр кривизны волны  A в соответствии со следующими выражениями
 ieAr 
V  exp  
  A    Ar   A
c 

Из этого выражения следует, что если атом взаимодействует с плоской
волной, когда  A  0 , уравнение (1) приобретает следующий вид

i
 V 1 H 0V  ,
t
где H 0 — гамильтониан свободного атома. Это уравнение, тождественно
эквивалентное уравнению Шрёдингера в случае плоской волны, и является предметом наших исследований.
Применение теории непертурбативного взаимодействия позволило нам дать описание фундаментально важных явлений. Одним из них
является насыщение частоты отсечки спектров отклика атомно-полевой
системы в процессе ионизации. Были также рассчитаны энергетические
спектры фотоэлектронов для различных значений ионизующего поля, и
кроме того получена зависимость полного выхода электронов от величины поля, обладающая стабилизационным плато.
Список литературы
1. Andreev A.V., Shoutova O.A. Single hydrogen like atom ionization by ultrastrong
laser field: non-perturbative approach // Physics Letters A. V.350. 309-314. 2006.
2. Andreev A.V., Shoutova O.A. Non-perturbative theory of atomic ultrastrong laser
field ionization // SPIE Proceedings. V.6259. Pp.1–9. 2006.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5
199
УДК 530.1(06) Теоретические проблемы физики
200
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 5