Исследование воздействия ультракоротких фото-импульсов на легкие атомы с использованием интегралов по траекториям (17.09.2012)

Автор: Бычков Александр Борисович

На правах рукописи

БЫЧКОВ АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ФОТО-ИМПУЛЬСОВ НА ЛЕГКИЕ АТОМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕГРАЛОВ ПО ТРАЕКТОРИЯМ

Специальность 01.04.05 – оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, доцент

Смирнов Валерий Владимирович

Официальные оппоненты: Казанский Андрей Кронидович,

доктор физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник,

СПбГУ, ведущий научный сотрудник

Рыжов Игорь Викторович,

кандидат физ.-мат. наук, доцент,

РГПУ им. Герцена, доцент

Ведущая организация: Физико-технический институт

им. А. Ф. Иоффе РАН

Защита состоится «25» октября 2012 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.45 при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновская, д. 1, Малый Конференц-зал физического факультета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. Горького СПбГУ.

Автореферат разослан «_____» _____________ 2012 г.

Ученый секретарь Совета Д 212.232.45

доктор физ.-мат. наук,

профессор Ионих. Ю. З.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последние десятилетия бурное развитие лазерной техники и освоение новых технологий привело к появлению источников интенсивного излучения, способных создавать на очень короткое время огромные электромагнитные поля в малом локализованном объеме. Одна из областей, где из-за мощного поля проявляются нелинейные эффекты, ( взаимодействие мощного излучения с веществом. В случае ограничения излучения во времени появляется возможность регулировать влияние внешнего поля на вещество.

В значительной части эксперименты в этой области ставятся с использованием ультрамощных ультракоротковолновых лазеров мощностью в несколько петаватт, способных генерировать импульсы с пиковой мощностью в 1015 ватт. Длина импульса таких лазеров колеблется в районе фемтосекунд. Развитие импульсных лазеров идет в направлении увеличения пиковых значений генерируемого поля и уменьшения длительности импульса для создания условий все более нелинейных процессов.

При рассмотрении процессов фотоионизации и фотовозбуждения атомов под действием ультракоротких мощных полей известно, что помимо хорошо знакомых из линейной оптики однофотонных процессов в атоме также идут нелинейные многофотонные процессы, для которых требуется особый подход при построении математических моделей, при этом из-за нарушений условий применимости вследствие либо больших, либо неадиабатических полей стандартные подходы часто оказываются неприменимы или требуют существенных уточнений и изменений. Для описания процессов нелинейной оптики, таких как фотовозбуждение или фотоионизация в ультракоротком сверхмощном электромагнитном поле, разработаны разные теоретические методы, базирующиеся либо на интегральном уравнении для S-матрицы или оператора эволюции, либо на нестационарном уравнении Шредингера, либо использующие фейнмановский принцип.

Разработка соответствующих методов особенно актуальна в силу сложности теоретического описания процессов, возникающих в случае воздействия мощного ультракороткого излучения на атомы, среди которых стоит отметить учет высоких порядков взаимодействия и учет влияния межэлектронных корреляций для многоэлектронных систем.

Цель работы. Цель работы состояла из двух связанных задач. Во-первых, развитие методов расчета вероятностей на основе использования фейнмановского интеграла по траекториям применительно к фотопроцессам с перспективой широкого практического применения для простого и эффективного решения подобных задач. В качестве перспективного подхода были протестированы две схемы оценки этого интеграла.

А во-вторых, расчет вероятностей процессов фотовозбуждения и фотоионизации атомов водорода и гелия коротким электромагнитным импульсом на основе развитой методики. Для реализации второй задачи были проведены следующие расчеты:

оценки вероятности фотоионизации и фотовозбуждения атома водорода в зависимости от напряженности электромагнитного поля и его частоты.

оценки фотоионизации (полной, одно- и двукратной) атома гелия при разных значениях поля и частоты ионизующего излучения.

Научная новизна. Предложены и апробированы оригинальные методики оценки вероятностей процессов фотоионизации и фотовозбуждения атомов. Для ряда значений параметров поля данные по вероятности фотоионизации и фотовозбуждения атома водорода и фотоионизации атома гелия коротким мощным фото-импульсом получены впервые.

Практическая значимость. Диссертация носит теоретический характер. Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы для оценки вероятностей процессов фотоионизации и фотовозбуждения атомов для широкого диапазона амплитуд, длительностей и частот импульсов поля, включая поля с большой напряженностью.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты.

Схема расчета вероятности внутриатомных переходов на основе использования оценки интеграла по траекториям методом перевала.

Схема расчета вероятности внутриатомных переходов на основе использования оценки интеграла по траекториям при сочетании метода стационарной фазы и метода Монте-Карло.

Результаты расчета вероятности переходов 1s-2s,2p и ионизации в атоме водорода под действием короткого электромагнитного импульса.


загрузка...