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电子电离机制概述电子电离是描述激光场与原子相互作用的一个非常重要的物理过程。当激光场强度不同时，电子会发生不同类型的电离。理论上，我们使用Keldysh参数来区分不同类型的电离机制: (1.1)其中Ip为电子的电离能，Up为激光场对应的有质动力能，I为激光场强度，在原子单位下可以写成: (1.2)其中为激光场的电场强度，为激光场的角频率。γ的物理作用可以看做激光场作用下形成的原子库伦场的势垒宽度。当γ远大于1时，原子的库仑场强远大于激光场电场强度，电子主要通过多光子电离方式电离：当γ远小于1时，说明激光场的电场强度已经远大于原子的库仑场强了，势垒变窄甚至被抑制住，这时电子电离主要通过过势垒电离或者隧穿电离的方式来进行。多光子电离图1-1多光子电离过程机制多光子电离是指电子吸收光子能量从而从束缚态跃迁到连续态的电离过程。如图1-1所示，当激光场的强度I小于1014W/cm2时，多光子电离(MultiphotonIonization,MI)为原子的主要电离机制。此时外加电场的强度很低，不足以改变原子势能曲线，电子（阴影部分）只能通过吸收一定量的光子来获得足以离开原子的能量。原子的能级结构对多光子电离的影响超过对过势垒电离和隧穿电离的影响。隧穿电离图1-2隧穿电离过程机制如图1-2所示，随着激光强度I增加到1015W/cm2时，在瞬时电场形成的势能曲线(图中虚线)的影响下，原子一侧原有的势能曲线会发生扭曲(图中右侧)，一侧被抑制后会形成有限宽的势垒。根据量子力学效应，电子可以通过隧穿穿过势垒，发生隧穿电离。比如图中原子的电离能是，电子的能量是，低于原子势垒的高度。经典力学不允许此时电离，但根据量子力学的隧穿效应，可以允许电子以一定概率隧穿出去，于是隧穿电离发生(TunnelingIonization,TI)。在准静态近似下，Ammosov、Delone、Krainov三人给出了著名的ADK模型，用于计算隧穿电离时的电离速率，在线偏振激光场作用下其表达式为： (1.3)其中，；；为激光电场分量：是有效量子数;e为自然常数，值为2.718…；是角动量量子数；是磁量子数；是原子电离后的离子电荷数。事实上，隧穿电离机制的电离速率随时间变化并不是线性的，所以上述ADK公式只适用于<0.5时，其他情况下表达式前需要添加更为复杂的系数。过势垒电离图1-3过势垒电离过程机制根据Ammosov等人的理论，隧穿电离的电离速率和瞬时电场强度有关。随着激光场强度I的逐渐增加，当其大于1015W/cm2时原子势垒很可能被完全抑制，此时被扭曲后的原子势垒的最高点已经低于，处于束缚态的电子可以直接越过势垒运动到无限远处，这就是过势垒电离（图1-3）。此时的电离速率很大，电离概率接近完全电离。临界激光场的光强可以由公式估计： (1.4)其中，为原子的电离能，以(eV)为单位；为电离之后离子的电荷数。对于过势垒电离的电离速率目前还没有一个确定的公式来描述，只

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