Багатофотонна іонізація атомів лужноземельних елементів

Згiдно розробленої нами методики були помiрянi ефективнi перерiзи чотири- та п'ятифотонної iонiзацiї однозарядних iонiв Ва+ та п'ятифотонної iонiзацiї іонів Sr+. Iз результатiв аналiзу вимiрювань, оцiнок i розрахункiв багатофотонних перерiзiв можливо зробити ряд висновкiв: а) величини ефективних перерiзiв багатофотонної iонiзацiї iонiв Sr+ та Ва+ практично спiвпадають мiж собою, а також з величинами перерiзiв багатофотонної iонiзацiї атомiв при одинакових степенях нелінійності; б) величина ефективного перерiзу iонiзацiї iонiв Sr+ iз основного стану добре спiвпадає з величиною перерiзу, який був розрахований.

Вперше в наших роботах згiдно розробленої нами методики були проведені розрахунки вiдношення виходiв одно- та двозарядних iонiв кальцiю, стронцiю та барiю при реалiзацiї каскадного механiзму утворення двозарядних iонiв. Результати цих розрахункiв добре спiвпадають з тим вiдношенням виходiв одно- та двозарядних iонiв кальцiю, стронцiю та барiю, яке спостерiгається в експериментi.

Ці факти: величини степеней нелінійності утворення двозарядних іонів та відмічені вище розрахунки однозначно вказують на те, що i в мiжрезонансних промiжках залежностей N2+ реалiзуться каскадний механiзм утворення iонiв Ca2+, Sr2+ та Ba2+.

В кiнцi роздiлу зробленi основнi висновки з результатів дослiджень процесу утворення двозарядних iонiв дослiджуваних атомiв в дiапазонi частот 15000-19000 см-1.

В п'ятому роздiлi розглянуті умови проведення досліджень процесу багатофотонної іонізаії атомів Ca, Sr та Ba в дiапазонi частот 9390-9500 см-1 при лінійній та циркулярній поляризації лазерного випромінювання, закономiрностi та особливостi багатофотонного збудження рiзного типу рiвнiв в в цих атомах та фізичні процеси, які мають місце при багатофотонній їх іонізації. Вiдмiтимо, що в цьому дiапазонi частот, процес багатофотонної iонiзацiї атомiв Са, Sr та Ва поки що взагалi не дослiджувався. Залежностi N+ при багатофотонній іонізації атомів Cа, Sr та Ва дослiджувлись в дiапазонi напруженостi поля лазерного випромiнювання 8,1105 -4,1·106 В/см (F=9,4·1027-2,4·1029см-2с-1). Для iонiзацiї атомiв Sr та Ba у вiдмiченому вище дiапазонi частот необхiдно поглинання п'яти квантiв, а для iонiзацiї атомiв Ca- шести квантiв.

Iз результатiв дослiджень залежностей N+ для багатофотонної iонiзації атомів Ca, Sr та Ba можна зробити ряд узагальнень:

1. При іонізації атомів Ba при "малiй" та "великiй" напруженостi поля випромiнювання проявляються два резонанснi максимуми на частотах 9405см-1 і 9462 см-1. Частоти, на яких проявляються ці резонансні максимуми практично не залежать вiд напруженостi поля лазерного випромiнювання.

2.При "малiй" величинi напруженостi поля випромiнювання амплiтуда резонансного максимуму на частотi =9405 см-1 має величину бiля 0,5 порядкiв (при ширинi його бiля 30 см-1), а максимуму на частотi =9462 см-1- бiля трьох порядкiв (при ширинi його бiля 5 см-1).

3.При іонізації атомів Ca та Sr резонансна структура не проявляється.

Iз результатiв iдентифiкацiї резонансних максимумiв та аналiзу можливих процесів, якi можуть мати місце при багатофотонному збудженню досліджуваних атомів, можна зробити ряд висновкiв:

1.При п'ятифотоннiй iонiзацiї атомiв Ва проявляється процес чотирифотонного збудження двоелектронного зв'язаного 5d6d 1D2 рiвня (= 9462 см-1) i процес п'ятифотонного збудження невiдомого АIР (=9405см-1).

2.Амплiтуда резонансного максимума, зумовленого збудженням двоелектронного зв'язаного 5d6d 1D2 рiвня, є порiвняною з амплiтудами максимумiв, якi зумовленi збудженням зв'язаних рiвнiв (в тому числi i цього) у видимiй областi спектра.

3.При іонізації атомів Ba не проявляється велика кiлькiсть резонансних максимумiв, якi можуть бути зумовленi збудженням вiдомих АIР.

4.При іонізації атомів Ca взагалi не проявляються резонанснi максимуми, якi можуть бути зумовленi чотири- та п'ятифотонним збудженням одноелектронних (синглетниих та триплетних) зв'язаних рiвнiв.

Як i у видимiй областi спектра (див. роздiл 3) були проведенi оцiнки iмовiрностi багатофотонної іонізації дослiджуваних атомів та величин збурення рiвнiв. Проведенi оцiнки показали, що при "малих" величинах поля процес iонiзацiї атомiв не є насиченим, а збурення рiвнiв є невеликим. Детально проаналiзованi причини різних величин iмовiрностi збудження зв'язаних рiвнiв та причини малої iмовiрностi збудження АIР (див. роздiл 3). Показано, що мала імовірність збудження зв'язаних рівнів зумовлена малою величиною відповідних складених матричних елементів збудження цих рівнів.

В кiнцi роздiлу зробленi основнi висновки з результатів дослiджень процесу утворення однозарядних iонiв дослiджуваних атомiв в дiапазонi частот 9390-9500см-1.

В шостому роздiлi приведенi результати дослiджень механiзму утворення iонiв Sr2+ та Ва2+ при багатофотонній іонізації атомів Sr та Ва в дiапазонi частот 9390-9500 см-1 при лінійній та циркулярній поляризації лазерного випромінювання. Залежностi N2+ для iонiв Sr2+ та Ва2+ дослiджувлись в дiапазонi напруженостi поля лазерного випромiнювання 4,7·106-107 В/см (F=3,2·1029 -1,4·1030 см-2с-1). Iз результатiв дослiджень залежностей N+ та N2+ отриманих при багатофотонній іонізації атомів Sr та Ba можна зробити ряд узагальнень:

1.Спостерiгається аномально великий вихiд двозарядних iонiв в порiвняннi з виходом однозарядних iонiв (N2+/N+=10-2-10-1). При цьому вiдношення виходiв N2+/N+ для дво- та однозарядних iонiв стронцiю значно бiльше, нiж для цих же iонiв барiю.

2.Вiдношення виходів дво- та однозарядних iонiв (N2+/N+) в мiжрезонансних промiжках залежностей N+ та N2+ значно бiльше в iнфрачервонiй областi спектра, нiж у видимiй областi спектра.

3.Резонанснi максимуми у виходах іонів Sr+ та Sr2+ не проявляються.

4.При утворенні іонів Ва+ та Ва2+ резонансні максимуми спостерігаються на одній і тій же частоті (9405 см-1), причому ширини цих максимумів досить великі (біля 30 см-1).

5.Амплiтуди резонансних максимумiв у виході іонів Ва+ та Ва2+ досить малi (бiля одного порядка) i є порiвняними з амплiтудами максимумiв, якi спостерiгаються у видимiй областi спектра в умовах, коли максимуми в залежностях N+ та N2+ спiвпадають.

Проведенi розрахунки показали, що при використаних лазерних полях процес iонiзацiї атомiв Sr не є насиченим, а процес iонiзацiї атомiв Ва є насиченим. Проведений аналiз показав, що ширина резонансного максимуму в залежностi N2+ для iонiв Ba2+ не є зумовленою приведеною шириною лазерного випромiнювання, а може бути зумовленою декiлькома причинами: великою шириною резонансних рiвнiв (наприклад АIР), великою величиною динамiчної поляризовностi рiвнiв, суперпозицiєю декiлькох резонансних максимумiв або особливостями прояву механiзму утворення двозарядних iонiв.

Проаналiзовано умови реалiзацiї каскадного та двоелектронного механiзмів уворення двозарядних iонiв при іонізації дослiджуваних атомiв. Аналiз показав, що як вiдсутнiсть резонансної структури в залежностi N2+ для iонiв Sr2+, так i наявнiсть резонансної структури в залежностi N2+ для iонiв Ва2+ вказує на те, що механiзм утворення цих iонiв не є каскадним. Детально проаналiзованi закономiрностi та особливостi реалiзацiї двоелектронного механiзму утворення iонiв Sr2+ та Ba2+.

Як і у видимій області спектра, в інфрачервоній області спектра також досліджувались залежності виходу одно- та двозарядних іонів від інтенсивності лазерного випромінювання. Типовi результати цих дослiджень залежностей lgN+(lgF) та lgN2+(lgF) для iонiв Sr+, Ba+ та Sr2+ Ba2+при лiнiйнiй поляризацiї випромiнювання.

Iз результатiв дослiджень залежностей lgN+(lgF) i lgN2+(lgF) для одно- та двозарядних iонiв стронцiю та барiю можна зробити ряд висновків:

1. Утворення iонiв Sr2+ та Ва2+ має місце в області iнтенсивностей, в якiй реалiзується та не реалiзується насичення процесу iонiзацiї атомiв.

2. При утворенні iонiв Sr2+ та Ва2+ спостерiгаються двi областi, в яких реалiзуються рiзнi величини степеней нелiнiйностi К2+е утворення двозарядних iонiв.

3. Змiна величини степенi нелiнiйностi К2+е для iонiв Sr2+ та Ва2+ має мiсце в областi iнтенсивностей, де наступає насичення процесу iонiзацiї атомiв стронцiю та барiю.

4. Спiввiдношення мiж виходами для дво- та однозарядних iонiв N2+/N+ є бiльшим для iонiв стронцiю, нiж для цих же iонiв барiю.

5. Функцiональний вид залежностей lgN+(lgF) i lgN2+(lgF) для одно- та двозарядних iонiв стронцiю та барiю, отриманих в iнфрачервонiй та видимiй областях спектра, суттєво вiдрiзняється.

Аналiз показав, що помiрянi величини степеней К2+1е та К2+2е в рiзних областях iнтенсивностей випромiнювання протирiчать можливiстi реалiзацiї каскадного механiзму утворення двозарядних iонiв i однозначно доказують реалiзацiю двоелектронного механiзму. Спостреження двозарядних iонiв в областi інтенсивностей, де насичення iонiзвацiї атомiв вiдсутнє, теж вказує на реалiзацiю двоелектронного механiзму утворення цих iонiв.

В кiнцi роздiлу зробленi основнi висновки з результатів дослiджень процесу утворення двозарядних iонiв дослiджуваних атомiв в дiапазонi частот 9390-9500 см-1.

В сьомому роздiлi розглянутi можливостi практичного використання результатiв дослiджень процесу багатофотонної iонiзацiї атомiв лужноземельних елементiв. Результати цих дослiджень можуть бути використанi для ряду прикладних задач, а саме: для створення джерела одно- та двозарядних iонiв; створення резонансного iонiзацiйного мас-спектрометра, в якому можна проводити одночасний аналiз по масам та частотам реалiзацiї резонансних процесiв, а також для спектроскопiї атомiв та iонiв. Результати дослiджень вказують також на можливiсть створення лазера на iонних переходах з багатофотонною накачкою та стимулюють розвиток нових теоретичних методiв опису взаємодiї лазерного випромiнювання з атомами, якi мають складний спектр.

Висновки

Згiдно розроблених методик були проведенi дослiдження процесу утворення одно- та двозарядних iонiв при багатофотонній іонізації атомів дужноземельних елементів в рiзних дiапазонах частот та при рiзнiй поляризацiї лазерного випромiнювання. Переважна бiльшiсть результатiв отримана вперше, а результати отриманi iншими дослiдниками добре спiвпадають з даними отриманими нами.

1. Проведено детальні дослідження залежностей процесу утворення двозарядних іонів при багатофотонній іонізації атомів кальцію, стронцію та барію від частоти, поляризації та інтенсивності лазерного випромінювання у видимій (15000-19000 см-1) та інфрачервоній (9390-9500 см-1) областях спектра. Аналіз сукупності отриманих результатів однозначно доказує, що у видимій області спектра, в основному, реалізується каскадний механізм, а в інфрачервоній області реалізується двоелектронний механізм утворення двозарядних іонів.

2. Визначено ефективні перерізи чотири- та п'ятифотонної іонізації іонів Ba+ та п'ятифотонної іонізації іонів Sr+ в області частот =18780-19000 см-1. Встановлено, що для однакових степеней нелінійності величини перерізів для цих іонів однакові. По порядку величини вони співпадають з величинами відповідних ефективних перерізів багатофтонної іонізації атомів.

3. Проведено розрахунки вiдношення виходів одно- та двозарядних iонiв в мiжрезонансних промiжках залежностей N+ та N2+ для випадку реалiзацiї каскадного механiзму утворення двозарядних iонiв (15000-19000 см-1). Дані цих розрахунків добре співпадають з екпериментальними даними. Цей факт теж вказує на реалiзацiю каскадного механiзму утворення двозарядних iонiв.

4. При багатофотоннiй iонiзацiї атомiв Ca, Sr та Ba в дiапазонi частот 15000-19000 см-1 виявлено велику ефективнiсть та селективнiсть утворення однозарядних iонiв в перших збуджених nd 2D3/2,5/2 та np 2P01/2,3/2 станах.

5. Проведено детальнi дослiдження процесу багатофотонній іонізації атомів магнiю, кальцiю, стронцiю (14800-18700 см-1) та барiю (14800-20900 см-1) вiд частоти лазерного випромiнювання при лiнiйнiй та циркулярнiй поляризацiї. При цьому виявлено, що:

- в околi частоти - 17100 см-1 має мiсце "вiкно прозоростi" процесу трифотонної iонiзацiї атомiв Sr, яке реалiзується як при лiнiйнiй, так i при циркулярнiй поляризацiї лазерного випромiнювання. Цей ефект зумовлений процесом трифотонного збудження АIР, коли параметр Фано q0.

- в атомах Ва проявляється ефект гiперкомбiнацiйного розсiювання свiтла, який приводить до утворення цих атомiв в збуджених станах.

- iмовiрнiсть двофотонного збудження триплетних двоелектронних зв'язаних рiвнiв є порiвняною з iмовiрнiстю двофотонного збудження синглетних одноелектронних зв'язаних рiвнiв. Велика iмовiрнiсть збудження триплетних двоелектронних рiвнiв зумовлена домiшками iнших рiвнiв в цi рiвнi та порушенням LS-зв'язку.

-велика імовірність двофотонного збудження триплетних одноелектронних з'язаних рівнів має місце в тому випадку, коли вони збурюються двоелектронними зв'язаними рівнями.

- iмовiрнiсть трифотонного збудження триплетних одноелектронних РР для атомiв Са та Sr є суттево меншою (збудження цих рiвнiв не прояляється в залежностях N+) вiд iмовiрностi трифотонного збудження синглетних одноелектронних РР. Такий факт зумовлений тим, що в областi частот, де можуть збуджуватися цi рiвнi, не реалізується процес збурення одноелектронних рiвнiв двоелектронними рiвнями, внаслiдок чого цi одноелектроннi рiвнi є "чистими" i для них виконується LS-зв'язок.

- в дiапазонi частот 20700-20800 см-1 реалiзується ефект збiльшення iмовiрностi двофотонного збудження синглетних одноелектронних РР в атомах Ва, що зумовлено збуренням цих рiвнiв двоелектронним зв'язаним рiвнем.

- серед дослiджуваних атомiв тiльки в атомах Sr має місце велика iмовiрнiсть трифотонного збудження деяких АIР, а iмовiрнiсть трифотонного збудження АIР для атомiв Са, Ва та деяких АIР для атомiв Sr має малу величину. Велика iмовiрнiсть збудження деяких АIР для атомiв Sr зумовлена великою величиною відповідного трифотонного складеного матричного елемента та малою шириною цих рiвнiв.

- в багатьох випадках не проявляється процес трифотонного збудження вiдомих АIР. Мала iмовiрнiсть збудження цих рiвнiв зумовлена малою величиною відповідного складеного матричного елемента або великою шириною АIР. Вiдсутнiсть прояву збудження АIР в деяких випадках зумовлена також сильним їх збуренням в полi лазерного випромiнювання.

- в атомах Са, Sr та Ва спотерiгається трифотонне збудження ряду невiдомих АIР. Визначено енергії та повнi моменти цих рiвнiв.

6. Проведено в дiапазонi частот 9390-9500 см-1 детальнi дослiдження залежностi процесу багатофотонної іонізації атомів кальцiю, стронцiю та барiю вiд частоти лiнiйно-пояризованого лазерного випромiнювання. При цьому виявлено:

- велику iмовiрнiсть чотирифотонного збудження синглетного двоелектронного зв'язаного 5d6d 1D2 рiвня атома Ва.

- аномально малу iмовiрнiсть п'ятифотонного збудження синглетних одноелектронних зв'язаних рiвнiв в атомах Са. Мала iмовiрнiсть збудження цих рiвнiв зумовлена малою величиною відповідного складеного матричного елемента.

- аномально малу iмовiрнiсть чотири- та п'ятифотонного збудження триплетних одноелектронних зв'язаних рiвнiв в атомах Са, що зумовлено малою величиною відповідного складеного матричного елемента, вiдсутнiстю домiшок iнших рiвнiв в цi рiвнi та реалiзацiєю LS-зв'язку.

7. Встановлено залежність прояву збудження різних зв'язаних рівнів при багатофотонній іонізації атомів від числа фотонів К, поглинання яких необхідне для збудження цих рівнів. З найбільшою ефективністю збудження зв'язаних рівнів як синглетних, так і триплетних (одно- та двоелектронних) проявляється при поглинанні двох фотонів (К=2). Із збільшенням числа К ефектвність прояву збудження цих рівнів при багатофотонній іонізації атомів, як правило, зменшується.

8. Аналiз результатiв дослiджень вказує на можливiсть прикладного використання процесу багатофотонної iонiзацiї атомiв лужноземельних елементiв в таких напрямках: а) для спектроскопiї атомiв та однозарядних iонiв; б) для створення iмпульсного джерела одно- та двозарядних iонiв; в) для створення лазера на iонних переходах; г) для створення резонансного iонiзацiйного мас-спектрометра, в якому аналiз буде здiйснюватися одночасно по масi та по частотi прояву резонансних процесiв.

Результати дослiджень стимулюють також розробку нових теоретичних методiв для опису взаємодiї лазерного випромiнювання з атомами лужноземельних елементiв.

Список важливiших опублiкованих праць за темою дисертацiї

1. Бондарь И.И., Запесочный И.П., Делоне Н.Б., Суран В.В. Частотная зависимость процесса двухэлектронной многофотонной ионизации атомов // Письма ЖТФ. - 1981. - Т.7, Вып.6. - С. 243-247.

2. Бондарь И.И., Суран В.В. Вероятность трех- и шестифотонной ионизации атома кальция // Оптика и спектроскопия. - 1986. - Т.61, Вып.1. - С. 24-28.

3. Бондарь И.И. Суран В.В. Исследование резонансного нелинейного процесса образования ионов Ва2+ // Оптика и спектроскопия. - 1983. - Т.55, Вып.4. - С. 784-786.

4. Бондарь И.И., Дудич М.И., Суран В.В., Шимон Л.Л. Нелинейная ионизация атомов иттербия // Оптика и спектроскопия. - 1988. -Т.64, Вып.3. -С. 476-479.

5. Бондарь И.И. Суран В.В. Вероятность четырехфотонной ионизации атома Mg в области спектра 16300-18000 см-1 // Оптика и спектроскопия. - 1990. -Т.68, Вып.2. - С. 265-267.

6. Бондарь И.И. Суран В.В. Влияние автоионизационных состояний на трехфотонную ионизацию атома Ва в области спектра 19000-20500 см-1 // Оптика и спектроскопия. - 1991. - Т.71, Вып.6. - С. 902-906.

7. Бондарь И.И., Дудич М.И., Суран В.В. Образование одно- и двухзарядных ионов при нелинейной ионизации атомов стронция и бария лазерным излучением в области частот 16800-18000 см-1 // ЖЭТФ. - 1986. - Т.90, Вып.6. - С. 1952-1962.

8. Суран В. В., Бондар I. I., Дудич М. I. Дослiдження резонансного процесу багатофотонної iонiзацiї атомiв для розробки на його основi масспектрометра // Український фiзичний журнал. - 1994. - т.39, N11,12. - С. 1048-1050.

9. Делоне Н.Б., Запесочный И.П., Зон Б.А., Суран В.В. Двухэлектронная многофотонная ионизация атомов // Известия академии наук СССР, сер. физическая. - 1981. - Т.45, N6. - С. 1085-1091.

10. Лендьел В.И., Преображенский М.А., Суран В.В. Каскадный процесс образования двухзарядных ионов щелочноземельных атомов // Известия академии наук СССР, сер. физическая. - 1988. - Т.52, N6. - С. 1095-1105.

11. Бондарь И.И., Меликишвили З.Г., Савченко М.М., Суран В.В. Роль поляризациии излучения при прямом процессе трехфотонной ионизации атома стронция // Сообщения академии наук Грузинской ССР. - 1987. - Т.125, N3. - С. 529-532.

12. Бондарь И.И., Суран В.В. Спектр атома бария в поле лазерного излучения // Квантовая электроника. - 1990. - Т.17, N8. - С. 1038-1043.

13. Delone N.B., Bondar I.I., Suran V.V., Zon B.A. Dependence of the process of nonlinear two-electron ionization of the barium atom on the polarization of the laser radiation // Optics communications. - 1982. - V.40, N4. - P. 268-270.

14. Bondar I.I., Gomonay A.I., Delone N.B., Zapesochnyi I.P., Suran V.V. Measurement of three- and five-photon ionization probabilities of the barium atom // J. Phys. B: At. Mol. Phys. -1984. -V.17. - P. 2049-2056.

15. Bondar I.I., Delone N.B., Dudich M.I.,Suran V.V. Formation of doubly charged ions in the non-liner ionisation of alkaline-earth atoms in the spectral range 15000-18700 cm-1 // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 1988. - V.21. - P. 2763- 2787.

16. Bondar I. I., Kotochigova S. A., Suran V. V. The role of spontaneous relaxation in the three-photon ionization of Ba through the two-photon resonant 5d7s 3D2 state // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 1991. - V.24. - P. 2985-2996.

17. Delone N.B., Krainov V.P., Suran V.V. Multiple ionization of atoms in a laser field // Laser physics. - 1992. -V.2, N6. - P. 816-851.

18. Suran V.V. Investigation of three-photon ionization of Sr atoms in the frequency range from 16000 to 18950 cm-1 // Laser physics. - 1997. - V.7, N3. - P. 32-636.

19. Suran V.V. Implementation of the stepwise mechanism of the formation of Ba2+ ions in multiphoton ionization of atoms with linearly and circularly polarized radiation in the frequency range from 17600 to 18700 cm-1 // Laser physics. - 1997. - V.7, N6. - P. 1220-1224.

20. Suran V.V. Implementing the stepwise mechanism of the formation of Sr2+ and Ba2+ ions multiphoton ionization of atoms in the frequency range from 18780 to 18940 cm-1 // Laser physics. - 1997. - V.7, N3. - P. 660-664.

21. Suran V.V. Formation of Ca2+ ions in multiphoton ionization of atoms with linearly and circularly polarized radiation in the frequency range from 15000 to 18700 cm-1 // Laser physics. - 1997. - V.7, N3. - P. 665-671.

22. Suran V.V. The measurement of the cross sections of multiphoton ionization Sr+ and Ba+ ions // Laser physics. - 1997. - V.7, N3. - P. 637-642.

23. Delone N.B., Zapesochnyi I.P., Zon B.A., Suran V.V., Two-electron ionization of atoms // Invited papers to II International conference on multiphoton processes. - Budapest (Hungary). - 1980. - P. 37-48.

24. Delone N.B., Suran V.V., Zon B.A. Many-electron processes in nonlinear ionization of atoms // Multiphoton ionization of atoms. - Ontario: Academic Press Canada, 1984. - P. 235-264.

25. Suran V.V. Multiphoton processes in alkaline earth atoms // Intense laser phenomena and related subjects. -Singapure: World Scientific Publishing, 1989. - P. 180-193.

26. Bondar I.I., Suran V.V. Influence of laser radiation field on the spectrem of Ba atoms //Intense laser phenomena and related subjects. -Singapure: World Scientific Publishing, 1989. - P. 404-411.

27. Bondar I.I., Dudich M.I., Suran V.V., Shimon L.L. The stepwise process of doubly-charged barium ions creations in visible spectra range // Intense laser phenomena and related subjects. - Singapure: World Scientific Publishing, 1989. - P. 412-418.

28. Bondar I.I., Suran V.V., Probebility of four-photon ionization of Mg atom in the spectrum region 16300-18000 cm-1// Intense laser phenomena and related subjects. - Singapure: World Scientific Publishing, 1989. - P. 419-423.

29. Bondar I.I., Delone N.B., Ilkov F.A., Suran V.V. Excitation of two-photon intermediate resonances with the triplet states at three-photon barium and strontium atoms // SPIE's 1986 Quebek International symposium. - SPIE Proceeding. - V.664. -P. 106-109.

30. Bondar I.I., Lendel V.I., Suran V.V., Delone N.B., Preobrazhensky M.A. The stepwise process of doubly charged barium ions formations // Multiphoton processes. - Greate Britain: Cambridge university Press, 1988. - P. 70-81.

31. Бондарь И.И., Гомонай А.И., Суран В.В. Экспериментальное исследование многофотонной ионизации атома бария // Нелинейные процессы в двухэлектронных атомах. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР. - 1984.- С. 26-46.

32. Суран В.В. Образование двухзарядных ионов при многофотонной ионизации щелочноземельных атомов // Теория возмущений в атомных расчетах. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР. - 1985. - С. 60-91.

33. Бондарь И.И., Суран В.В. Образование двухзарядных ионов щелочноземельных атомов в поле лазерного излучения // Уровни энергий и вероятности переходов в атомах и ионах. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР. - 1986. - С. 108-126.

34. Бондарь И.И., Дудич М.И., Суран В.В. Образование двухзарядных ионов при нелинейной ионизации атома бария в области частот 14800-18700 см-1 // Уровни энергий и вероятности переходов в атомах и ионах. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР. - 1986. - С. 128-153.

35. Бондарь И.И., Суран В.В. Образование однозарядных ионов кальция, стронция и бария в области спектра 15000-18700 см-1 // Элементарные процессы в поле лазерного излучения. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР.- 1988. - С. 123-153.

36. Бернат Т.Т., Бондарь И.И. Суран В.В. Трехфотонная спектроскопия автоионизационных состояний атома бария в области спектра 19000-20500 см-1 // Многофотонные переходы в атомах. - М.: Совет по спектроскопии АН СССР. - 1990. - С. 36-49.

37. Suran V.V., Bondar I.I. Hyper-raman scattering effect at influence of laser radiation on Ba atoms / Book of abstracs of VI European conference on atomic and molecular physics. - Siena (Italy). - 1998. - P. 1-100.

38. Suran V.V., Bondar I.I. Proof of realization of two-electron mechanism of Ba2+ ions formation at muliphoton ionization of atoms in 9390-9460 spectral region // Book of abstracs of IV Seminar "Strong-field Phenomena". - Berlin (Germany). - 1998. - V.1.

Анотацiя

Суран В.В. Багатофотонна іонізація атомів лужноземельних елементів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико- математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика.- Інститут фізики НАН України, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено вивченню закономірностей та особливостей утворення одно- та двозарядних іонів при багатофотонній іонізації атомів лужноземельних елементів у видимій (=14800 -19000 см-1) та інфрачервоній (=9390-9500 см-1) областях спектра. В дисертації розроблені нові напрямки досліджень: 1) дослідження процесу утворення дво- та багатозарядних іонів при нелінійній іонізації атомів в полі лазерного випромінювання; 2) дослідженння процесу утворення однозарядних іонів при багатофотонній іонізацаї атомів, які мають складний спектр; 3) вимірювання ефективних перерізів багатофотонної іонізації однозарядних іонів. Аналіз сукупності отриманих результатів однозначно доказує, що у видимій області спектра, в основному, реалізується каскадний механізм, а в інфрачервоній області реалізується двоелектронний механізм утворення двозарядних іонів. Визначено ефективні перерізи багатофотонної іонізації іонів Sr+ та Ba+. Виявлено "вікно прозорості" при трифотонній іонізації атомів Sr та ефект гіперкомбінаційного розсіювання світла.

Ключові слова: багатофотонна іонізація, багатофотонне збудження, лужноземельні елементи, однозарядні іони, двозарядні іони.

Аннотация

Суран В.В. Многофотонная ионизация атомов щелочноземельных елементов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико- математических наук по специальности 01.04.05 - оптика, лазерная физика. Институт физики НАН Украины, Киев, 1999.

Диссертация посвящена исследованию закономерностей и особенностей образования одно- и двухзарядных ионов при многофотонной ионизации атомов щелочноземельных елементов в видимой (=14800-19000 см-1) и инфракрасной (9390-9500 см-1) областях спектра. В диссертации разработаны новые направления исследований: 1) исследование процесса образования двух- и многозарядных ионов при нелинейной ионизации атомов в поле лазерного излучения: 2) исследование процесса образования однозарядных ионов при многофотонной ионизации атомов, которые имеют сложный спектр: 3) измерение эффективных сечений многофотонной ионизации однозарядных ионов.

Проведены детальные исследования зависимостей процесса образования двухзарядных ионов при многофотонной ионизации атомов кальция, стронция и бария от частоты, поляризации и интенсивности лазерного излучения в видимой и инфракрасной областях спектра. Анализ совокупности полученных результатов однозначно доказывает, что в видимой области спектра, в основном, реализуется каскадный механизм, а в инфракрасной области спектра реализуется двухэлектронный механизм образования двухзарядных ионов.

При многофотонной ионизации атомов Са, Sr и Ва в диапазоне частот 15000 -19000 см-1 обнаружено большую эффективность и селективность образования однозарядных ионов в первых возбужденных nd 2D3/2;5/2 и np 2P1/2;3/2 состояниях.

Определены еффективные сечения четырех- и пятифотонной ионизации ионов Ва+ и пятифотонной ионизации ионов Sr+ в области частот =18780-18920 см-1. Для одинаковых степеней нелинейности величины сечений для этих ионов одинаковые. По порядку величины они совпадают с величинами эффективных сечений многофотонной ионизации атомов.

В диапазоне частот =14800 -18700 см-1 проведены исследования зависимости процесса многофотонной ионизации атомов магния, кальция, стронция и бария (=14800 - 20900 см-1) от частоты лазерного излучения при линейной и циркулярной поляризации. Обнаружено, что:

- в окресности частоты =17100 см-1 наблюдается "окно прозрачности" процесса трёхфотонной ионизации атомов Sr, которое проявляется при линейной и циркулярной поляризации лазерного излучения. Этот эффект обусловлен процессом трёхфотонного возбуждения автоионизационного состояния (АИС) в случае, когда параметр Фано q0.

- имеет место эффект гиперкомбинационного рассеяния света, который приводит к образованию атомов Ва в возбужденных состояниях;

- вероятность двухфотонного возбуждения триплетных одноелектронных и двухэлектронных (синглетных и триплетных) связанных уровней сравнима с вероятностю двухфотонного возбуждения синглетных одноэлектронных связанных состояний. Вероятность трехфотонного возбуждения триплетных одноелектронных ридберговських состояний (РС) для атомов Са и Sr существенно меньше, чем вероятность трехфотонного возбуждения синглетных одноелектронных РС;

- только в атомах Sr вероятность трехфотонного возбуждения некоторых АИС имеет большие величины, а вероятность трехфотонного возбуждения АИС для атомов Са, Ва и некоторых АИС для атомов Sr имеет малую величину.

В диапазоне частот =9390 -9500см-1 проведены исследования зависимости процесса многофотонной ионизации атомов кальция, стронция и бария от частоты линейно-поляризованного лазерного излучения. Обнаружено большую вероятность четырехфотонного возбуждения синглетного двухэлектронного связанного 5d6d 1D2 состояния в атомах Ва и аномально малую вероятность пятифотонного возбуждения синглетних, а также четыре- и пятифотонного возбждения триплетных одноэлектронных связанных состояний в атомах Са.

Обнаружено зависимость вероятности возбуждения различных связанных состояний от числа поглощенных квантов К. С найбольшей эффективностю проявляется процесс двухфотонного возбуждения связанных состояний синглетных и триплетных (одно- и двухэлектронных). С возрастанием числа К эффективность проявления возбуждения связанных состояний, как правило, уменьшается.

Ключевые слова: многофотонная ионизация, многофотонное возбуждение, щелочноземельные элементы, однозарядные ионы, двухзарядные ионы.

Annotation

Suran V.V. Multiphoton ionization of alkaline-earth atoms.- Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.05 - optics, laser physics. -Institute of Physics of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 1999.

The dissertation is devoted to study of conformities to natural laws, peculiarities of singly- and doubly-charged ions formation during multiphoton ionization of alkaline-earth atoms in visible (14800 -19000 cm-1) and infrared (9390-9500 cm-1) spectral range. New directions of investigations, such as: 1) investigation of doubly- and multi-charged ions formation at nonlinear ionisation of atoms in the field of laser radiation; 2) investigation of the process of singly-charged ions formation during multiphoton ionization of atoms with complex spectrum; 3) the measurement of effective cross-sections of multiphoton ionization of singly-charged ions are worked out. The analysis of obtained results unambiguously prove the realization of step-wise mechanism in visible spectral range, and in infrared range - the realization of direct two-electron mechanism. Effective cross-sections of multiphoton ionization of Sr+ and Ba+ are defined. The "trasparency window" at three-photon ionization of Sr atoms and the effect of Hyper-Raman scattering of light are found out.

Key words: multiphoton ionization, multiphoton excitation, alkaline-earth atoms, singly-charged ions, doubly-charged ions.

Размещено на Allbest.ru