Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Диссертация посвящена разви-ю теории процессов взаимодейстпия сильных электромагиитних по-:й с атомами и двухатомными системами.
достижения в создании новых технологий с 'использованием ла-ірного излучения во многих отраслях науки и техники стимулируют юведение фундаментальних исследований процессов нелинейного тимодействия излучения с веществом. Результаты работ, выполнен-їх за последние годи в этом направлении, составили новую главу эвременной квантовой теории - нелинейную атомно-молекулярную тектроскопию, основой которой должна быть единая теория для опн-іния многокваитовых процессов взаимодействия атомов с сильными тектромагнитными полями.
Целью работы является построение общей теории процессов выс-1х порядков взаимодействия атомов и двухатомных систем с полем ігенсивного излучения и рассмотрение на ее основе конкретных Ьфектоп: трехфотонного рассеяния и генерации гармоник атомами; іляризационних явлений и увлечения электронов при многофотонной інизации атомов; высших порядков дисперсионного взаимодействия; [пиния межатомных сил на электромагнитные процессы, а также вли-ия внешних полей на ван-дер-паальсово взаимодействие атомов.
основная трудность при построении такой теории состоит в обходимости решения нестационарного уравнения Шредингера для актовой системы в переменных внешних нолях, для этого использу-ся метод кьазиэнергетическнх состояний !КЭС) системы в поле скольких световых волн с различными частотами [1,2]. 1! рамках эго метода нестационарную задачу удается привести к виду стаии-ірной, для дальнейшего решения которой используется теория ьоз-1ІС-НИЙ (ТВ) по взаимодействию атома с полем, аналогичная ТВ для ишонарною уравнения Шредингера. В таком подходе удается сфор-
мулировать универсальный алгоритм для записи основных характеристик взаимодействия атома с полем - нелинейных восприимчивостей -в виде комбинации составных матричных элементов ТВ высших порядков. Для суммирования бесконечных рядов по набору собственных состояний невозмущенного атома.в этих матричных элементах используется функция Грина (ФГ) оптического электрона, полученная в приближении модельного потенциала [1].
Изучение процессов рассеяния света в плотных атомарных средах требует учета межатомного взаимодействия, проявляющегося при столкновениях атомов в поле электромагнитной волны. Теоретическое описание таких процессов связано с расчетом двухатомных (в общем случае - многоатомных) восприимчивостей. Развитие достаточно простого и' точного метода расчетов таких величин также является целью диссертационной работы. Дополнительная трудность связана с появлением здесь двухатомной ФГ, расчеты с которой основываются на приведении двухатомной ФГ к одноатомным. При этом восприимчивости двухатомной системы представляются в виде комбинации одно-атомных матричных элементов высших порядков.
Научная новизна. Диссертация содержит ряд новых результатов теории взаимодействия квантовых систем с электромагнитными полями, наиболее существенными из которых являются:
1 ) Общая формулировка ТИ в случае нескольких монохроматических возмущений на основе кваэиэнергетнческого подхода. Получены универсальные формулы для нелинейных восприимчивостей и других характеристик высших порядков в виде суперпозиции матричных элементов с ФГ невозмущенной системы.
2) определены общие закономерности и рассчитаны нелинейные восприимчивости для обратных электро- и магнитооптических эффектов. Рассчитаны нелинейные восприимчиво:, гн и определены поляризации:;-
ниє зависимости эффектов высших порядков в генерации гармоник-атомарними газами.
-
Получена явная зависимость вероятности многофатонной ионизации атомов от поляризации исходных состояний, .а также мультиполей. поляризации конечных частиц от соотношения парциальных амплитуд перехода в состояния непрерывного спектра. Выполнен количественный расчет и определены дисперсионные свойства плотности тока увлечения фотоэлектронов при многофотонной ионизации..
-
определена структура асимптотического ряда для энергии дисперсионного взаимодействия атомов и численно доказана применимость низших порядков ТВ к расчету его коэффициентов. Для . постоянной Ван дер Ваальса в состояниях с ненулевыми моментами рассчитаны неприводимые части и получена явная зависимость от направлений моментов относительно межатомной оси.
-
Рассчитаны двухатомные восприимчивости, определяющие как изменение ван-дер-ваальсова взаимодействия в световом и магнитном полях, так и влияние дисперсионных сил на динамическую поляризуемость и магнитную восприимчивость атомов.
6) определено влияние дисперсионных сил на процессы рассеяния,
поглощения и испускания излучения атомами при' асимптотических
столкновениях. Рассчитаны асимптотические вероятности пеннингопс-
кой ионизации и столкновительна-икдуцированного радиационного
распада метастабильннх состояний атомов.
Практическая значимость полученных результатов состоит в развитии метола теоретического описания процессов взаимодействия атомов и нолей и использования его для интерпретации экспериментов, так, основные' закономерности процесса генерации гармоник, описанные в диссертации, полностью соответствуют экспериментально нпбл!"лаемим [".?!, в частности, зависимость эффективности генера-
ции нечетных гармоник от степени линейной поляризации излучения накачки, полученная в [10], подтверждена недавним экспериментом [30]. Аналогичным образом, развитая в диссертации теория [11] дает для формы далекого крыла линии столкновительно-индуцированного релеевского рассеяния света.в'газах аналитическое выражение, правильно воспроизводящее имеющиеся экспериментальные данные 131].
Часть результатов диссертации, касающаяся вопросов, до настоящего времени не-изученных экспериментально, может быть, использована для планирования экспериментов и интерпретации соответствующих данных, а общий подход к рассмотрению квантовых систем в полихроматических полях - для решения новых задач теории взаимодействия элек.тромагнитних полей с атомами и многоатомными комплексами.
Публикации и.апробация работ. Основные материалы диссертации опубликованы в обзорах [1-4] и статьях [5-28], а также доложены на международных конференциях по когерентной и нелинейной 'оптике (1978,1985,l99lrr.i, по лазерным технологиям (1992т.), на.Европейских конференциях по атомной спектроскопии (1977,1992,1993гг.) и по нелипейнсй оптике (1978 г.), на VII Вавиловской конференции по нелинейной оптике 11У81Г.), па всесоюзных конференциях по электрон-атомным столкновениям (1678,1981,1991), по теории атомов и атомных спектров (1979-1953гг.), по нелинейным методам преобразования частоты лазерного излучения (1979г.), на Всесоюзном семинаре по оптической ориентации атомов и молекул (1986г.), а также на теоретических семинарах ФИ АН, ИОФ АН, МГУ, С-ПбГУ, ЕГУ.
Объем работы. Диссертация состоит из восьми глав, включая введение (глава 1) и заключение (глава 8); содержит 199 страниц машинописного текста, в том числе 20 таблиц, 9 рисунков и список литературы из 174 наименований.
