[论文解读] Non-adiabatic Coulomb effects in strong field ionisation in circularly polarised laser fields I: Ionisation rates

Jivesh Kaushal, Olga Smirnova|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2013

Laser-Matter Interactions and Applications被引用 1

一句话总结

该论文将解析R矩阵（ARM）方法扩展至圆偏振强场电离问题，引入非绝热库仑效应以处理任意原子势。推导出电离率、修正电离时间、初始速度、动量偏移及穿透角的解析表达式，揭示长程势效应对电子动力学及阿托秒时钟校准的显著影响。

ABSTRACT

We develop the recently proposed analytical R-matrix (ARM) method to encompass strong field ionisation by circularly polarised fields, for atoms with arbitrary binding potentials. Through ARM, the effect of the potential can now be included consistently both during and after ionisation, providing a complete picture for the effects of the long-range potential. We find that the Coulomb effects modify the ionisation dynamics in several ways, including modification of (i) the ionisation (exit) times, (ii) the initial conditions for the electron continuum dynamics, (iii) the tunnelling angle, at which the electron enters the barrier, and (iv) the electron drift momentum. We derive analytical expressions for the Coulomb-corrected ionisation times, initial velocities, momentum shifts and ionisation rates in circularly polarised fields, for arbitrary angular momentum of the initial state. We also analyse how the non-adiabatic Coulomb effects modify (i) the calibration of the attoclock in the angular streaking method, and (ii) the ratio of ionisation rates from $p^{-}$ and $p^{+}$ orbitals.

研究动机与目标

• 开发一个一致的强场电离理论框架，用于描述圆偏振激光场中的电离过程，同时包含长程库仑势效应。
• 解决绝热近似在描述电离过程中及之后电子动力学时的局限性。
• 在非绝热库仑效应下，推导电离率、电离时间、初始速度及动量偏移的解析表达式。
• 研究库仑相互作用如何改变角向条纹实验中阿托秒时钟的校准。
• 研究在圆偏振光作用下，$p^{-}$与$p^{+}$轨道电离率的比值，同时考虑非绝热库仑修正。

提出的方法

• 将解析R矩阵（ARM）方法扩展，以包含圆偏振强场电离。
• 该方法在电离前后均一致地包含束缚势，从而完整描述长程库仑效应。
• 基于ARM框架，推导出电离率、电离时间、初始电子速度及动量偏移的解析解。
• 该方法可处理初始原子态中的任意角动量，适用于p轨道及其他非s态体系。
• 推导中将穿透角作为受库仑势影响的动力学变量，修正标准绝热图像。
• 该方法被用于评估非绝热库仑效应如何影响阿托秒时钟校准及$p^{-}/p^{+}$电离率比。

实验结果

研究问题

• RQ1 非绝热库仑效应如何改变圆偏振强场电离中的电离时间？
• RQ2 库仑相互作用以何种方式改变电离后电子连续态动力学的初始条件？
• RQ3 库仑势如何影响电子穿出势垒时的穿透角？
• RQ4 库仑效应在多大程度上导致电子漂移动量在圆偏振场中发生偏移？
• RQ5 非绝热库仑修正如何影响角向条纹实验中阿托秒时钟的校准？

主要发现

• 由于长程势相互作用，电离时间受到非绝热库仑效应的修正，偏离标准绝热预测。
• 电离后的初始电子速度受库仑力影响发生偏移，改变了连续态动力学的起始点。
• 穿透角——即电子穿出势垒的方向——受库仑势影响而改变，从而影响电子轨迹。
• 由于非绝热库仑相互作用，电子漂移动量系统性地发生偏移，对动量谱学具有重要意义。
• 库仑效应改变了$ p^{-} $与$ p^{+} $轨道电离率的比值，破坏了绝热极限下预期的对称性。
• 发现阿托秒时钟校准对非绝热库仑修正敏感，因此需重新评估角向条纹测量结果。