Надпорогова іонізація

Надпорогова іонізація — процес збудження атома інтенсивним світлом з поглинанням кількості фотонів, більшої ніж енергетично потрібно^[1]. Уперше явище спостерігалося 1979 року^[2].

Інтегрований по куту спектр фотоелектронів при збудженні світлом атома водню. По осі x відкладено кінетичну енергію ${\displaystyle E_{k}}$ в еВ, по осі y — диференціальну ймовірність. На зображенні видно перші три надпорогові піки.

Фотоелектрони

У разі надпорогової іонізації піки фотоелектронів повинні виникати при енергіях

${\displaystyle E_{s}=(n+s)\hbar \omega -W,}$

де цілим числом ${\displaystyle n}$ позначено мінімальну кількість фотонів, потрібну для іонізації, а ${\displaystyle s}$ — додаткове число фотонів. ${\displaystyle W}$ — енергія іонізації, а ${\displaystyle E_{s}}$ — кінетична енергія електрона для піка, що відповідає поглинанню ${\displaystyle s}$ фотонів^[3].

Структура спектру фотоелектронів

Енергетичний спектр фотоелектронів зазвичай має сильний максимум над самим порогом іонізації, коли число необхідних фотонів мінімальне. Наступні надпорогові піки віддалені один від одного на величину енергії фотона, тобто вони відповідають поглинанню більшого числа фотонів^[1][4].

У непертурбативному режимі зв'язані стани оточені електричним полем, що призводить до зміщення енергії іонізації. Якщо пондеромоторна енергія поля перевищує енергію фотона ${\displaystyle \omega }$, перший пік зникає^[3].

При ультракоротких імпульсах

Ультракороткі лазерні імпульси великої потужності можуть створити більше двадцяти надпорогових піків^[5]. Але через скінченну ширину частотної смуги джерела спектр фотоелектронів — неперервний.