3.2 Stereo-ATI-Spektrometer - Goethe-Universität

2.1 Atome in starken Laserfeldern
Up = 9.3373 · I[10
14 W
] · (λ[µm])2
cm2 (2.9)
Damit ist das Verhalten eines Elektrons im starken Laserfeld grob charakterisiert.
Im nächsten Abschnitt wird auf die verschiedenen Ionisationsprozesse eingegangen.
2.1.2 Keldysh-Parameter
Die wichtigste Größe bei der Unterscheidung der im Folgenden beschriebenen Ionisationsprozesse
ist der sogenannte Keldysh-Parameter γ [Kel64]. Dieser ist definiert
als:
γ =
� Ip
2Up
(2.10)
Ip steht für das Ionisationspotential eines Atoms, also die Energie, welche aufgebracht
werden muss, um ein Atom zu ionisieren. Weiterhin können wir den Keldysh-
Parameter als Quotienten aus Laserfrequenz ωL und Tunnelfrequenz ωt angeben:
Die Tunnelfrequenz lautet:
ωt =
γ = ωL
ωt
eE
�
2Ip · me
(2.11)
(2.12)
Durch einfaches Nachrechnen lässt sich zeigen, dass die beiden Darstellungen des
Keldysh-Parameters äquivalent sind. Nun ist zu klären, wieso man von einer Tunnelfrequenz
ωt spricht. Dazu überlegen wir uns, dass ein gebundenes Elektron einerseits
das übliche Coulomb-Potential im Atom spürt, andererseits aber auch das Potential
des elektromagnetischen Wechselfeldes des Lasers. Durch die Kombination der
beiden Potentiale ergibt sich eine Absenkung des Coulomb-Potentials auf einer und
gleichzeitig eine Anhebung auf der anderen Seite. Der abgesenkte Teil bietet dem
Elektron nun eine nicht zu vernachlässigende Wahrscheinlichkeit, durchzutunneln
und damit den gebundenen Zustand zu verlassen. Dieser Prozess ist in Abbildung
2.1 unten links dargestellt.
In diesem Modell spricht man für γ < 1 von der sogenannten Tunnelionisation. Dieses
Bild ist gültig für nicht zu große Laserfrequenzen und umgekehrt für genügend
hohe Intensitäten. Das Energiespektrum der Elektronen ist hierbei kontinuierlich
und die Störung durch das elektrische Feld des Lasers ist so groß, dass keine perturbative
Berechnung sinnvoll ist. Nach dem Durchtunneln des Elektrons besitzt dieses
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