强激光场中氦原子双电离与单电离比值的数值拟合

摘要

本文利用量子重散射(QRS)模型计算氦(He)原子在波长为780nm的强激光场下双电离与单电离产出率的比值随场强的变化。
　　根据QRS模型，非序次双电离(NSDI)二价氦离子(He2+)的总产出率可以表示为返回电子的波包(RWP)和无场情况下电子碰撞激发和电子碰撞电离He+离子散射总截面(TCSs)的乘积。返回电子的波包表示返回电子的动量分布，可以利用二阶强场近似（SFA2）理论通过计算高能域上电离光电子能谱得到。在RWP的计算过程中，我们考虑了激光场的聚焦体积(focal volume)效应，并且研究了库伦修正因子对RWP的影响。电子碰撞激发和电子碰撞电离He+离子总散射截面由R-matrix理论计算。由于氦原子初态为自旋单态，电子自旋在激光场作用下的物理过程中守恒，因此只有自旋单态的TCSs对NSDI的He2+总产出率有贡献。由于返回电子的能量必须大于He+离子的最低激发能才能发生NSDI，而返回电子的最大能量正比于激光强度，因此建立在经典再散射模型基础上的QRS模型在激光强度低于约2.1×1014W/cm2时得到的二价氦离子的产出率为零，这与实验测量结果不符。为此在计算He2+总产出率的过程中，我们还考虑了强激光场对原子势的影响，并对原始的QRS模型进行修正。通常在激光场诱导下的电子返回母核时，电场并不为零。该电场会压低库伦势垒，因此电子并不需要大于零的能量即可成为自由电子，这等价于电子返回母核时的电场降低了原子的电离阈值和激发阈值。这种变化使得NSDI过程中返回电子所需要的最低能量降低。对He的单电离总产出率，我们利用一阶强场近似（SFA1）理论进行计算。最后，在计算二价离子与一价离子总产出率的比值时，我们还利用通过求解含时薛定谔方程(TDSE)所得的高阶域上电离谱对SFA进行修正。
　　本文模拟的He原子的双电离与单电离的比值在整个场强范围内与实验数据符合良好。这表明量子重散射模型完全可以准确地定量描述NSDI过程。