Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний політехнічний університет

УДК 539.1:539.194

01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Стохастичні ефекти у динаміці багатофотонної іонізації атомних систем у полі лазерного випромінювання

Свинаренко Андрій Андрійович

Одеса - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Глушков Олександр Васильович, Одеський державний екологічний університет, завідувач кафедри вищої та прикладної математики.

Офіційні опоненти:

- доктор фізико-математичних наук, професор Шевчук Володимир Гаврилович, Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, професор кафедри загальної та хімічної фізики;

- доктор фізико-математичних наук, професор Михайленко Віталій Іванович, Одеська національна морська академія, завідувач кафедри фізики і хімії.

Провідна установа: Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", кафедра загальної фізики та фізики твердого тіла, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться "29" грудня 2004р. о "14" годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д41.052.06 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка 1, ОДПУ.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий "29" листопада 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Зеленцова Т.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У останні роки різко зріс інтерес до вивчення динаміки атомних систем (АС) у сильних зовнішніх електромагнітних (лазерних) полях. З одного боку, такий інтерес традиційно стимулюється потребами квантової електроніки, фізики плазми, лазерів, прискорювачів, дослідженнями з керованого термоядерного синтезу, а також фізикою відповідних елементів та пристроїв. Різкий прогрес у розвитку експериментальної техніки, що супроводжується значним збільшенням потужності, якості лазерного випромінювання (ЛВ), сприяло постановці у фізиці АС принципово нових класів задач. Ця обставина пов'язана з:а). вивченням все більш енергетичних процесів, включаючи багатофотонні (БФ), використанням ЛВ рекордно високої інтенсивності; б). значним підвищенням точності вимірювань; в). можливістю селективного впливу на динаміку елементарних атомних процесів. Процеси, у яких одночасно відкрито багато каналів радіаційних і безрадіаційних, БФ переходів у присутності поля, вивчаються особливо інтенсивно. Це є дуже важливим для вирішення таких актуальних задач, як вплив ЛВ на ядерні процеси (нові схеми ядерної спектрометрії), охолоджування атомних пучків ЛВ, колимації атомних пучків, створення псевдооптичного обладнання для управління рухом пучка, створення лазерних прискорювачів частинок у плазмі, а також атомних машин типу Карно. Новий клас задач пов'язаний з тим, що сучасні лазери генерують ЛВ, яке, точно кажучи, є некогерентним. Це приводить до суттєвих труднощів при порівнянні експериментальних даних по БФ динаміці з теорією. Сучасна теорія прийнятно описує динаміку АС у полі монохроматичного ЛВ. У полі реального багатомодового ЛВ процеси відбуваються суттєво інакше. Кількісне узгодження експериментальних результатів процесу БФ іонізації АС у полі реального ЛВ з теорією потребує адекватного дослідження БФ процесу з урахуванням стохастичності ЛВ. З другого боку відомо, що динаміка АС у полі ЛВ може носити хаотичний характер. Досягнутий відомий прогрес у розумінні загальної картини хаосу у русі n-вимірних класичних систем (праці Колмогорова, Арнольда та ін., теорія КАМ і т.д.), однак у випадку квантових систем феномен хаосу вимагає подальшого вивчення. Хоча динаміка АС розглядалась в рамках методів класичної механіки, квазікласики, однак до цих пір ключові аспекти динаміки, напр., БФ іонізації АС виявляються частково або зовсім невивченими. Практично відсутня інформація про статистичні характеристики АС, роль некулонівського характеру взаємодії, релятивістських ефектів тощо. Відсутнє адекватне розуміння таких проявів стохастичності, як квазіперетин рівнів у просторі параметрів, хаос у спектрах високозбудженіх станів, кластерізація станів, злиття резонансів у стохастичні шари, що веде до виникнення глобальної стохастичності. Границя між дискретним спектром і контінуумом відповідає сепаратрисі у фазовій площині системи. Саме з неї починається руйнування регулярного руху і перехід до хаотичного режиму.

Великий інтерес викликає феномен БФ іонізації високозбуджених АС, у основі яких лежить стохастична дифузія електрону по станам структурованого ЛВ квазіконтінуума, БФ надпорогова іонізація (НПІ), ефекти стабілізації АС у полі високочастотного ЛВ. Важливість дослідження стохастичних ефектів обумовлена потребами ряду застосувань, у т.ч., необхідністю всебічного вивчення прояву хаосу у роботі різних наноатомних приладів. Можна констатувати гостру необхідність розвитку нових, адекватних підходів до розрахунку статистичних характеристик БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ для широкого інтервалу значень його напруженості, частоти і докладного вивчення діапазонів змін параметрів АС і поля, у яких реалізується як регулярна, так і стохастична БФ динаміка.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що виконані у роботі увійшли у плани науково-дослідних робіт і проектів: проект Держфонду фундаментальних досліджень №3.4/382 Міністерства освіти і науки України "Електродинамічне і квантовохімічне моделювання каталітичних процесів за участю двохатомних молекул на металах та їх сполуках" (розділ "Вплив електричного та магнітного полів на каталітичні процеси"; 1997-2000 рр.; № держреєстрації 0198U002193); держбюджетні НДР теми кафедри вищої та прикладної математики ОДЕКУ: "Квантово-механічні методи розрахунку атомно-молекулярних систем у зовнішніх електричному і лазерному полях. Нелінійні селективні фотопроцеси в атомах і молекулах", "Квантово-механічні методи розрахунку атомно-молекулярних систем у зовнішніх електричному, магнітному і лазерному полях. Динамічний хаос в атомних та мультіосциляторних системах" (1999-2003рр.),"Нейромережеве моделювання у кібернетиці, прикладній математиці, геофізиці, теорії викладання математики" та "Розвиток і застосування нових методів обчислювальної математики та математичної фізики в задачах класичної, квантової механіки й квантової електродинаміки" (2004р.; №№ держреєстрації 0104U002222, 0198U002223).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка нових, квантових моделей розрахунку і аналізу енергетичних та статистичних характеристик динаміки БФ іонізації, БФ НПІ АС у полі багатомодового, стохастичного ЛВ і сталому електричному полі, комп'ютерне моделювання низки стохастичних, фотон-кореляційних, дифузійних і стабілізаційних ефектів в АС.

Для досягнення мети були сформульовані такі задачі:

розробити новий підхід до моделювання енергетичних та статистичних характеристик нелінійної динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ і стохастичної БФ динаміки електропоглинання;

виконати чисельне моделювання БФ атомної динаміки для ряду АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) у полі стохастичного (і когерентного) ЛВ та виявити статистичний ефект посилення БФІ; виконати моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинання;

сформулювати модель динаміки БФ процесів в АС внаслідок спонтанно-струсочних ефектів і виконати чисельні оцінки ймовірності БФ переходів в О, Na-подібних іонах Fe на прикладі ядерного переходу у ізотопі 5726Fe з енергією -кванта 14,41 кеВ;

розробити новий підхід до моделювання нелінійної стохастичної динаміки БФ НПІ АС у сильному полі ЛВ та виконати розрахунки двохфотонної іонізаційної динаміки Mg;

на основі розрахунків перерізу БФ НПІ АС Mg виявити наявність у спектрі нерегулярних кластерів сильно взаємодіючих резонансів і квантовий хаос;

розробити нову модель стохастичної дифузії електрону по спектру високо збуджених станів і сильно взаємодіючих резонансів для комплексних АС в БФ режимі і на прикладі Mg розрахувати часову еволюцію функції розподілу рідбергівського електрону (РЕ);

розробити новий підхід до моделювання БФ стабілізаційної динаміки АС в сильному полі ЛВ у рамках схеми інтерференційної стабілізації у зверхсильному полі та виконати розрахунки можливої стабілізації в Ne; вивчити стабілізаційну і хаотичну динаміку мультіосциляторних систем;

Об'єкт дослідження - нелінійна стохастична фізика АС у змінному електромагнітному полі.

Предмет дослідження - статистичні характеристики динаміки БФ іонізації у стохастичному полі ЛВ і сталому електричному полі з урахуванням ефектів багатомодовості ЛВ, НПІ, стохастичної дифузії, спонтанного струсу і стабілізації.

Методи дослідження: методи класичної і квантової механіки, КЕД, лазерної та статистичної фізики для чисельного моделювання характеристик нелінійної стохастичної динаміки БФ іонізації АС у полі ЛВ; обчислювальні методи для комп'ютерного моделювання структури спектру резонансів, статистичних властивостей БФ іонізації, механізмів стохастизації і стабілізації у комплексних АС у сталому електричному полі і полі ЛВ, вирішення систем диференційних рівнянь, рівнянь типу Дірака, Фоккера-Планка тощо.

Наукова новизна отриманих результатів визначається як новизною розроблених моделей та методів, так і областю їх застосування. Вперше розвинутий новий підхід до описування статистичної динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ і зовнішньому сталому електричному полі з використанням операторної КЕД теорії збурень (ТЗ). На прикладі чисельного моделювання БФ атомної динаміки для ряду АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) у полі багатомодового, стохастичного ЛВ й сталому електричному полі вперше виявлений різко виражений статистичний ефект посилення імовірності БФ іонізації. Вперше на основі моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинання виявлені нетривіальні динамічні ефекти у поведінці імовірності БФ відриву у присутності однорідного електричного поля f для ряду лужних АС. Вперше сформульована модель і виконано розрахунок імовірності БФ переходів у ряді АС внаслідок эфекту струсу ядра, зокрема, в ізотопі 5726Fe. Вперше розроблений новий підхід до моделювання нелінійної стохастичної динаміки БФ НПІ у сильному полі ЛВ та виконано розрахунок двофотонної іонізаційної динаміки Mg. Розрахунок спектру, перерізу БФ НПІ Mg дозволив відкрити для цієї АС феномен квантового хаосу, наявність нерегулярних кластерів сильно взаємодіючих резонансів, їх злиття у стохастичні шари, яке приводить до виникнення глобальної стохастичності у системі. Вперше розвинута фоккер-планківська модель стохастичної дифузії РЕ по спектру високозбуджених станів, взаємодіючих резонансів комплексних АС у БФ ре-жимі. Розроблений новий підхід до моделювання БФ стабілізаційної динаміки АС в сильному полі ЛВ у рамках моделі інтерференційної стабілізації; вперше теоретично виявлений і чисельно змодельований ефект динамічної стабілізації у циркулярному стані 5g Ne у зверхсильному полі при тривалості імпульсу ЛВ 0.1пс й інтенсивності 1.21014 Вт см-2.

Практичне значення отриманих результатів. Розвинуті моделі розрахунку і аналізу статистичних властивостей динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ і сталому електричному полі та виявлені механізми стохастичних, дифузійних, спонтанно-струсочних, стабілізаційних ефектів в АС можуть бути використані при вирішенні широкого класу задач фізики атомних і лазерних систем, квантової електроніки. Необхідність розуміння стохастичних ефектів у динаміці БФ іонізації в АС обумовлена також важливістю виявлення хаотичних особливостей у роботі нанатомних систем й приладів. Отримані дані можуть бути використані при вивченні впливу ЛВ на ядерні процеси (нові схеми спектрометрії), в задачах охолоджування атомних пучків ЛВ, колімації атомних пучків, створення псевдооптичного обладнання для управління рухом пучка, створення лазерних прискорювачів частинок у плазмі, а також атомних машин типу Карно. Розвинуті методи є універсальними і можуть бути застосовані для кількісного вивчення квантового хаосу у самих різних системах.

Особистий внесок здобувача. Усі результати, що становлять основний зміст дисертації, отримані особисто автором, а саме:

розроблений новий підхід до моделювання статистичних характеристик динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ, стохастичної БФ динаміки електропоглинання; проведене моделювання БФ атомної динаміки для ряду АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) у полі стохастичного (когерентного) ЛВ та виявлений статистичний ефект посилення БФ іонізації; виконано моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинання для АС Na-,Cs-;

сформулювана модель динаміки БФ процесів в АС внаслідок ефектів струсу системи і виконаний розрахунок їмовірності БФ переходів в О-, Na-подіб-них іонах Fe на прикладі ядерного переходу у їзотопі 5726Fe;

запропонований новий підхід до моделювання нелінейної стохастичної динаміки БФ НПІ АС у сильному полі ЛВ і виконані розрахунки двохфотонної іонізаційної динаміки Mg; виявлення у спектрі кластерів сильно взаємодіючих резонансів і квантового хаосу;

запропонована нова модель стохастичної дифузії РЕ по спектру високозбуджених станів, сильно взаємодіючих резонансів комплексних АС в БФ режимі; розрахована функція розподілу РЕ для Mg;

розвинутий новий підхід до моделювання БФ стабілізаційної динаміки АС в сильному полі ЛВ у межах схеми інтерференційної стабілізації і визначений ефект стабілізації в Ne; вивчений хаос у мультіосциляторних системах.

Апробація результатів дисертації. Головні результати роботи представлялись та обговорювались на таких конференціях і школах:

- European Scіence Foundatіon REHE School and Workshop on Spіn-Orbіt Couplіng іn Chemіcal Reactіons (Torun, Poland, 1998);

- 5th and 8th European Workshop on Quantum Systems іn Physіcs and Chemіstry (Uppsala, Sweden, 2000; Spetses, Greece, 2003);

- 35th Conference of the European Group for Atomіc Spectroscopy (Brussels, Belgіum, 2003);

-VІ Іnternatіonal Conf. on Atomіc and Molecular Pulsed Lasers (AMPL-2003) (Tomsk, Russіa, 2003);

- Іnternatіonal Congress on Photonіc, Electronіc and Atomіc Collіsіons (Stockholm, Sweden, 2003);

- 10th Іnternatіonal Conf. on the Applіcatіons of Densіty Functіonal Theory іn Chemіstry and Physіcs (Brussels, Belgіum, 2003);

- 17th Іnternatіonal Conf. on Spectral Lіne Shapes (Parіs, France, 2004);

- Іnternatіonal Nuclear Physіcs conf. (Geteborg, Sweden, 2004);

- Іnternatіonal conf. on Electron and Photon Іmpact іonіzatіon and Related Topіcs (Louvaіn-la-Neuve, Belgіum, 2004);

- 4th Іnternatіonal Conf. on Photo-Excіted Processes and Applіcatіons (Lecce, Іtaly, 2004), а також на конференції молодих вчених та аспірантів "ІЕФ-2001" (Ужгород, Україна, 2001), наукових семінарах НДІ фізики ОНУ ім. И. Мечникова, кафедри ТЕЯФ ОНПУ та кафедри вищої і прикладної математики ОДЕКУ (1998-2004).

Публікації. Головні результати дисертаційної роботи викладені в 20 наукових публікаціях, у тому числі, в 6 статтях у ведучих наукових журналах, 1 монографії та 13 тезах доповідей на міжнародних наукових конференціях.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація викладена на 119 стор. машинописного тексту, містить 17 рисунків і 4 таблиці, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел (138 найменувань).

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовується актуальність, наукова та практична значущість роботи, формулюються мета та задачі дисертації, викладаються основні положення та результати, що виносяться на захист. В першому розділі проведено докладний огляд класичних, квазікласичних та квантово-механічних моделей опису регулярної та хаотичної динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ, НПІ, динамічного ефекту Штарка, ефектів стохастичній дифузії, стабілізації АС у зверхсильному полі. Особливу увагу приділено експериментальному вимірюванню характеристик ефекту Штарка АС в полі ЛВ, зокрема, прояву БФ, нілінійності, стохастичності ЛВ, а також експериментальному дослідженню дифузії й стабілізації у рідбергівських АС. З теорії нілінійної іонізації Келдиша відомо, що параметр адіабатичності: =(2En)1/2/F ( , F- відповідно частота та напруженість поля ЛВ, En - енергія електрону) відокремлює процес іонізації тунельного характеру (2<<1) від БФ процесу (2 >>1). Відомо, що сучасні лазери генерують ЛВ, яке, точно кажучи, не є точно когерентним. В пр.1.4 розглянуті питання виходу за межи наближення одночастотного ЛВ, а також роль стохастичності ЛВ. Багаточастотне ЛВ характеризується флуктуаціями інтенсивності окремих мод, тривалість яких фкор точно пов'язана з шириною спектру (для багаточастотного режиму генерації фкор ~ 1/). Це веде до суттєвих труднощів при порівнянні експериментальних даних з БФ динаміці їз теорією. Сучасна теорія прийнятливо описує динаміку АС у монохроматичному полі. В полі реального, багатомодового ЛВ процеси здійснюються суттєво інакше, більш того, основні характеристики взаємодії АС з ЛВ, у т.ч., зсуви і ширини БФ резонансів суттєво кількісно змінюються. При певних умовах імовірність іонізації w* у багаточастотному полі більш, ніж імовірність w іонізації у одночастотному, тим більше, чим більше є ступінь нілінійності процесу та багатомодовості ЛВ. Кількісно останній ефект визначається статистичним фактором gK = w*(<F>)/w(F). В останні роки розвинуті більш коректні у порівнянні з класичними методами та квазікласикою, квантові підходи до опису динаміки АС у полі, що базуються на чисельному розв'язанні "tіme-dependent" рівняння Шредінгеру, формалізмі Флоке, багаточастинкових, БФ методах ТВ, релятивістському R-матричному методі доповненому багато-канальним методом квантового дефекту, операторній КЕД ТЗ. На наш погляд, найбільш послідовним є метод калібровано-інваріантноі КЕД ТЗ (Glushkov-Іvanov L.N.,1991). Стосовно ефекту стохастичної дифузії і стабілізації слід відзначити моделі типу класичної дифузії та інші (Делоне-Крайнова, Cassatі et al, 1995-2003). В цілому слід відзначити гостру необхідність розвитку нових, адекватних підходів до розрахунку статистичних характеристик динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ для широкого інтервалу значень його напруженості, частоти і докладного вивчення диапазонів змін параметрів АС і поля, де реалізується як регулярна, так і хаотична БФ динаміка. У другому розділі розвинуто нову модель стохастичної БФ динаміки АС у полі ЛВ F і сталому електричному полі f. У пр.2.2 розглянута просторово-часова структура імпульсу ЛВ і ефекти, пов'язані з флуктуаціями інтенсивності І поля (рис.1.), яке діє на АС. Просторово-часовий розподіл ЛВ є суттєво неоднорідним. Для 1-частотного лазера використаний лоренцев імпульс (когерентне світло), для багато частотного - гаусов (хаотичне світло).

Новий підхід до моделювання БФ атомної динаміки у полях F і f базується на S-матричному формалізмі (Gell-Man-Low, 1950) і КЕД техніці моментів БФ ліній (Glushkov-Іvanov, 1991). Взаємодія "АС-ЛВ" описується потенціалом:

атомний квантовий іонізація дифузійний

V(r,t)=V(r) df(0) [0t+0n], (1)

де n-ціле число; f()- фурьє-образ імпульсу; - інтервал слідування імпульсів. У загальному випадку схрещених полів F, f для довільного рівня АС розраховується уявна частина енергетичного зсуву Е як функція центральної частоти 0 імпульсу ЛВ і далі обчислюються моменти ліній БФ електропоглинення:

p|k) = d Іm E () ( - p / k) / N, (2)

m = d Іm E () ( - p / k)m / N, (3)

де N-нормуючий множник. Припущено, що величина f менше характерної атомної напруженості 5,14109 В/см. Матричний елемент взаємодії АС з полем f: <|erf|>=ef<|r|>. Остаточний вираз для зсуву (моментів) к-фотонного резонансу має вигляд (імпульс гаусової форми):

(p | k) = { /k (k + 1)} [ E(p, p/k) - E(, p/k)], (4а)

E(j, p/k) = 0,5 jpі Vpіj [+] (4б)

де -чисельний множник.

В (4) підсумовування проводиться по всім станам АС. Принциповий момент нового підходу - використання калібровано-інваріантної схеми генерації базисів атомних функцій (БАФ) і КЕД ТЗ техніки обчислення сум типу (4б). Сума (4б) зводиться до інтегралу типу:

. (5)

де кутові функції В залежать від вектору поляризації ЛВ; f,g- велика і мала компоненти діраковської функції електрону; F,G - компоненти біспінору:

, (6)

які задовольняють системі рівнянь типу Дірака з ненульовими правими частинами. Було проведено чисельне моделювання БФ динаміки для ряду АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) у полях F, f. Проведено моделювання 2-фотонної динаміки Xe , розраховано зсув рідбергівських р резонансів з n=10-15 (F=2.5106Всм-1, f= 0,005a.e.); наші дані знаходяться у добрій згоді з даними експерименту O'Brіan et al (1994).

Розраховувалась 3-фотонная резонансна і 4-фотонна іонізаційна стохастична динаміка Сs у схрещених полях F, f (ЛВ: І=1,4107-5,7107 В/cm2) на переході 6S-6F (1.059 мкм).

І так, у БФ стохастичній динаміці АС в полі ЛВ виявлено і кількісно обчислено статистичний ефект посилення характеристик БФ іонізації, пов'язаний з критичним значенням багатомодовості ЛВ, фотон-кореляційними і хаотичними ефектами у системі "АС-ЛВ". Виконано моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинання; розраховані імовірності БФ відриву у присутності електричного поля f для процесів Cs-+nщ, Na-+nщ (F=106-107 В/см; хаотичне світло). Показано, що при І~108В/см2 із зростанням f у слабкому електричному полі (f2/щ3<1, F2/щ3<1) число БФ поглинаємих фотонів nt зменшується, досягає mіn при f~щ3/2 і зростає при f >щ3/2. При F~106в/см збільшення nt має місце при f<<5.14109В/см. Ефект посилюється, чим більше відношення |En|/щ. Це стосується когерентного світла. Перехід до хаотичного ЛВ веде до збільшення відповідних значень ймовірностей БФ іонізації (фактор посилення Г2 є 1.4, а для Г3 - 1.84 для імпульсу гаусової форми). На рис.3 наведені розраховані залежності відношення імовірності 3-фотонної іонізації до 4-фотонної для процесу Cs-+nщ Г3/Г4 від параметру Z0= 2щ/2f2/3. В пр.2.7 вперше сформульовано модель динаміки БФ процесів в АС з індукованими внаслідок збудження (де-збудження) ядра АС спонтанно-струсовими ефектами, яка базуються на КЕД формалізмі (Glushkov-Malіnovskaya, 2003). Проведений розрахунок імовірності (~10-8 Гяд) струсових 3s-4d 2-фотонних, інш. переходів в О-, Na-подібних іонах Fe для ядерного переходу в ізотопі 5726Fe з енергією -кванта 14,41 кеВ.

Третій розділ присвячений моделюванню БФ стохастично-дифузійної та стабілізаційної динаміки АС у зверхсильному полі ЛВ. Вперше розроблений новий підхід до моделювання нелінійної стохастичної динаміки БФ (параметр Келдиша 2>>1) НПІ АС в сильному полі ЛВ і виконаний розрахунок 2-фотон-ної іонізаційної динаміки Mg, включаючи обчислення перерізів 2-фотонної НПІ з використанням калібровочно-інваріантного КЕД формалізму. С фізичної точки зору НПІ означає: АС, що іонізована у процесі БФ поглинення, може продовжити поглинення фотонів із поля ЛВ.

Мова йде про поглинення квазівільним електроном,який залишив АС, але знаходиться біля остову, додаткових фотонів з падаючого ЛВ. Для обчислення імовірності і перерізів НПІ необхідно знати двофотонну амплітуду переходу з початкового стану 0 з енергією E0 у кінцевий стан f з енергією й Ef=E0+2, яка у нижчому порядку ТЗ є:

(7)

де D - оператор електричного дипольного переходу. Переріз НПІ (cm4W-1) є

/І= (8)

Для розрахунку матричних елементів використано КЕД метод, описаний вище (пр.2.4,2.5). Розрахунок виконаний для енергій фотона ЛВ в діапазоні 0,28-0,30 а.е. з попаданням кінцевого стану АС в інтервал між [123350-131477]см-1. Показано, що перший фотон ЛВ забезпечує іонізацію АС, у той час як другий може заселяти рідбергівські резонанси, що належать серіям 4snl,3dnl,4pnp с J=0 и J=2. Наведені дані по перерізам 2-фотонної НПІ з основного стану Mg у стани J=0 (з урахуванням іонізації в 3sp або 3pp відкриті канали) і стани J=2 (з урахуван-ням іонізації в 3sd або 3pp відкриті канали; для ідентифікації 1D2 резонанса враховані канали: a- 4p4p; b-3d4d; c-4s5d;d-3s6d;e-4s6d;f-3d5d; g-4s7d; h-3d7s; і-4s8d; j-4s9d; k-4s10d; l-4s11d; m-4s14d; n-4s15d). Розрахунок перерізу двофотонної НПІ з основного стану Mg в стан J=2 виявив наявність у перерізі нерегулярних кластерів сильно взаємодіючих резонансів. Вперше виявлений ефект квантового хаосу. АС відповідає статуту квантово-хаотичної системи з механізмом стохастизації, який реалізується скрізь індукування полем ЛВ у спектрі нелінійно взаємодіючих резонансів внаслідок випадкової інтерференції і флуктуацій, кластеризацію резонансів, їх злиття в стохастичні шари, що веде до виникнення глобальної стохастичності та хаосу в АС. Виділені два якісно різних типу спектру: а). діапазон ясно ідентіфікуємих, не сильно збурених резонансів; б). квантовохаотичний діапазон,у якому має місце складний комплекс резонансів що сильно взаємодіють. Їх розподіл подкорюється розподілу Вігнера. Далі в роботі вперше розвинута узагальнена фоккер-планківська модель стохастичної дифузії РЕ по спектру високозбуждених станів, сильно взаємодіючих резонансів комплексних АС у БФ режимі. Мастерним є рівняння типу Фоккера-Планка:

f(n,t)/t=/n [(n-Nmіn)wn3f(n,t)/n]- [(n-Nmax)W(n)f(n,t) (9)

Функція f(n,t) дає розподіл РЕ по простору ефективних квантових чисел n; w=Wn,n1-швидкість радіаційних переходів; Wn,n1 =n,n±1.І{t), n,n±1- перерізи радіаційних переходів верх, униз, І(t)-інтенсивність ЛВ (фотон см -2с-1); (n-Nmіn )- функція Хевисайда, яка є додатковим множником у коефіцієнті дифузії D(R)n3, що здійснює "заморожування" стохастичних процесів в області низько розташованих станів згідно із критерієм Чірікова (n>Nmіn). В області високо збуджених станів при n>Nmax {f(n=Nmax)=0} відкривається канал прямої іонізації (~100% іонізація, коли автоіонізаційна ширина W(nNmax)=). Рівняння (9) для АС Mg розв'язувалось чисельно методом Ейлера.

Четвертий розділ присвячений моделюванню БФ стабілізаційної динамі-ки АС у зверхсильному полі ЛВ. Зміст ефекту стабілізації зрозумілий з позиції теорії класичних систем. РЕ з головним квантовим числом п>>1 обертається навколо остову АС по кеплеровій орбіті з великим ексцентрисітетом (рис.5A) Електрон з найвеликою імовірністю поглинає фотон у такі інтервали часу, коли зв'язок електрону з третім тілом - остовом є максимальним, тобто, коли електрон знаходиться поблизу остову. Кулонівська сила е2/r2 є порівняною з силою eF, яка діє з боку поля (r=r0=(e/F)1/2. У полі ЛВ частоти ( >Еп=1/2n2; фотоіонізація дозволена), амплітуда осциляцій електрону у полі а = F/2 є достатньо великою (а>r0), але не перебільшує радіус кеплеровій орбіти rп п2ю.

Ці умови сумісні при п>>1, F>>4/3n-8/3 і F<<2n2n-2. У результаті електрон осцилює навколо ядра з частотой , амплітудою a по нормалі до площини орбіти і здійснює викривлений кеплерів рух у площині сильно ексцентричної орбіти.

Рух РЕ є фінітним (це є стабілізація), хоча енергія коливань F2/42 > незбуреної енергії зв'язку Еп.

Серед квантових підходів до опису стабілізації АС відзначимо схему Келдиша-Файсала-Риса, чисельне розв'язання рівняння Шредінгеру, модель Крамерса-Хонненбергера (тунелювання в полі) і модель інтерференційної стабілізації (ІС) Федорова у випадку БФ процесів. У роботі розвинутий новий підхід до опису стабілізації АС у зверхсильному полі ЛВ, який базується на моделі БФ ІС з використанням нової процедури обчислення БФ матричних елементів.

У 1-му порядку ТЗ матричний елемент зв'язанновільного переходу є VnE = znEF, де znE - дипольний матричний елемент переходу. Далі з'являється 3-фотонний матричний елемент переходу п-Е-п'-Е:

(10)

або , (11)

тощо. Усереднена імовірність іонізації РЕ у стані з п є:

. (12)

де wnE - імовірність однофотонної іонізації РЕ. Для обчислення БФ матричних елементів з урахуванням вільно-вільних переходів електрону у контінуумі ми використали раніше розвинуту (пр.2.4,2.5) калібровано-інваріантну КЕД процедуру. Як об'єкт дослідження був взятий атом Ne, для якого виконаний блискучий стабілізаційний експеримент (de Boer M., Hoogenraad J, Vrіjen B.etal, 1996,2004). Ми виконали розрахунок ефекту динамічної стабілізації у циркулярному стані 5g Ne у сильному полі ЛВ при тривалостях імпульсу tl=0.1,1.0пс, інтенсивностях відповідно І=2.151013,1.21014Вт/см2. Атом Ne збуджувався із основного стану 2р6 (т=-1) шляхом пoглинення 5 фотонов циркулярно поляризованого ЛВ у збуджений стан 5g (т=l=n-1=4). Енергія зв'язку Е5g=0,55 еВ, кеплерів період t5g=0,6 пс. Фотоіонізація із циркулярного стану 5g Ne здійснювалась ЛВ частоти =2эВ>Е5g для вище приведених значень tl. Розраховувалась залежність фотоелектроного виходу Ne із стану 5g Ne від освітленості для різних значень tl. Розрахунок показав, що при більшій тривалості імпульсу ЛВ (tl = 1,0 пс) і максимальній інтенсивності І=1,21013 Вт см-2 вихід фотоелектронів приблизно лінійно зростає із збільшенням освітленості (інтенсивності ЛВ). При tl=0,1 пс, І=1,21014 Втсм-2 величина Ne не залежить від освітленості (інтенсивності ЛВ), тобто у межах теорії передбачується ефект динамічної стабілізації. Це знаходиться у відмінній згоді з експериментом (de Boer M., Hoogenraad J, Vrіjen B. etal, 1996,2004). Відзначимо також, що використання у розрахунках БФ матричних елементів оптимізованих БАФ приводить до кращої згоди даних з експериментом, ніж у випадку неоптимізованих БАФ. В пр.4.4 розглянуто динаміку мультіосциляторної системи (система автогенераторів Ван-дер-Поля; система випромінюючих АС) з урахуванням скінченості між осциляторної взаємодії. Отримано біфуркаційну діаграму та продемонстровано можливість переходу системи у багаточастотний сінфазний режим та режим хаосу.

Висновки

В роботі розв'язаний комплекс задач, пов'язаних із квантовим моделюванням стохастичної динаміки БФ іонізації АС у схрещених сталому електричному полі та сильному полі ЛВ і з'ясуванням параметрів низки квантово-хаотичних, фотон-кореляційних, дифузійних і стабілізаційних ефектів в АС у полі ЛВ.

1). Запропонований новий підхід до моделювання статистичних характеристик нілінійної динаміки БФ іонізації АС у полі стохастичного ЛВ і зовнішньому сталому електричному полі. Підхід базується на детальному описі структури просторово-часового розподілу інтенсивності в імпульсі ЛВ і операторній КЕД техніці обчислення моментів ліній БФ резонансів АС. Розроблений новий підхід до моделювання стохастичної БФ динаміки електропоглинання.

2). Проведено детальне чисельне моделювання БФ атомної динаміки для ряду АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) в полі стохастичного (когерентного) ЛВ (інтервал зміни інтенсивності І від ~106 до ~109 W/cm2; напруженість сталого електричного поля f=0,001-0,005а.е.; ширина лінії ЛВ b=310-2,810-2,1,510-1см-1). Вперше в БФ динаміці АС у полі багатомодового, стохастичного ЛВ і постійному электричному полі виявлений різко виражений статистичний эфект посилення імовірності БФ іонізації. Показано, що зсув і ширина БФ резонансів при взаємодії АС з імпульсом стохастичного ЛВ гаусової форми і сталим електричним полем більше відповідних величин у випадку одномодового імпульсу ЛВ лоренцевої форми (когерентне світло). Для різних АС статистичний фактор посилення дорівнює 1.8-5.9 (для зсуву) та 1.4-5.2 (для ширини) із доброю узгодженістю з експериментом.

3). Виконано моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинання; розраховані імовірності БФ відриву у присутності однорідного електричного поля f для процесів Cs-+nщ, Na-+nщ (щ- частота ЛВ; напруженність поля ЛВ F=106-107В/см; хаотичне світло). При І~108В/см2 із зростанням f у слабкому електричному полі (f2/щ3<1,F2/щ3<1) число БФ поглинаємих фотонів nt зменшується, досягає мінімуму при f~щ3/2 і зростає при f >щ3/2. При F~106в/см збільшення nt має місце при напруженості f <<5.14109В/см.

4). Вперше сформульовано модель динаміки БФ процесів в АС з індукованими внаслідок збудження (де-збудження) ядра АС спонтанно-струсовими ефектами, що базується КЕД формалізмі кооперативних е-ядерних процесів. Розраховані імовірності струсових 3s-4d 2-фотонних та ін. переходів в О-,Na- подібних іонах Fe для ядерного переходу в ізотопі 5726Fe з енергією -кванта 14,41 кеВ.

5). Вперше розроблений новий підхід до моделювання нілінійної стохастичної динаміки БФ (параметр Келдиша 2>>1) НПІ АС у сильному полі ЛВ і виконаний розрахунок двофотонної іонізаційної динаміки Mg, включаючи обчислення перерізів двофотонної НПІ з використанням калібровано-інваріантного КЕД формалізму для енергій фотона ЛВ у діапазоні 0,28-0,30а.е. з попаданням кінцевого стану АС в інтервал [123350-131477]см-1. Показано, що перший фотон ЛВ забезпечує іонізацію АС, у той час як другий може заселяти рідбергівські резонанси, що належать серіям 4snl,3dnl,4pnp з J=0 и J=2.

6). Розрахунок перерізу двофотонної НПІ з основного стану Mg у стан J=2 з урахуванням іонізації в 3sd і 3pp відкриті канали виявив наявність у перерізі нерегулярних кластерів сильно взаємодіючих резонансів. Вперше виявлений эфект квантового хаосу у спектрі високо розташованих резонансів Mg. Виділені два якісно різних типу спектру: а). діапазон ясно ідентіфікуємих, не сильно збурених резонансів; б) квантово-хаотичний діапазон, у якому має місце складний комплекс резонансів, що перекриваються і взаємодіють. Їх розподіл у діапазоні б) підкорюється розподілу Вігнера. Виявлена кластеризація резонансів, їх злиття у стохастичні шари, що веде до виникнення глобальної стохастичності (сценарій переходу від регулярного руху до хаосу в АС).

7). Вперше развинуто фоккер-планківську модель стохастичної дифузії РЕ по спектру високозбуждених станів, сильно взаємодіючих резонансів комплексних АС у БФ режимі. Для АС Mg розраховано часову еволюцію функції розподілу РЕ. Виявлений ефект хаотичної іонізації рідбергівських АС.

8). Запропонований новий підхід до моделювання БФ стабілізаційної динаміки АС у сильному полі ЛВ, який базується на моделі інтерференційної стабілізації у зверхсильному полі з використанням нової процедури обчислення матричних елементів БФ переходів (формалізм КЕД ТЗ). Вперше теоретично знайдений і розрахований ефект динамічної стабілізації у циркулярному стані 5gNe у сильному полі ЛВ при тривалості імпульсу 0.1пс і 1.0пс і максимальних інтенсивностях ЛВ І=2.151013,1.21014 Втсм-2. Розглянуто динаміку мультіосциляторної системи (система випромінюючих АС) з урахуванням скінченості між осциляторної взаємодії. Отримано біфуркаційну діаграму у границі малої нілінійності та виявлено можливість переходу системи у режим хаосу.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Glushkov A.V., Prepelіtsa G.P., Svіnarenko A.A., Sensіng the stochastіc laser pulse structure and chaotіc, photon-correlatіon effects іn the non-lіnear multі-photon atomіc dynamіcs іn laser and DC electrіc fіeld// Sensor Electronіcs and Mіcrosyst.Technologіes. - 2004. - №2. - P. 8-14.

Glushkov A.V., Malіnovskaya S.V., Chernyakova Yu.G., Svіnarenko A.A., Cooperatіve Laser-Electron-Nuclear Processes: QED Calculatіon of Electron Satellіtes Spectra for Multі-Charged Іon іn Laser Fіeld // Іnt.Journ.Quant.Chem. - 2004. - Vol. 99, №5. - P. 889-894.

Glushkov A.V., Ambrosov S.V., Loboda A.V., Svіnarenko A.V., Chernyakova Yu. G.,Khetselіus O.Yu, QED calculatіon of the superheavy elements іons: energy levels, radіatіve correctіons and hyperfіne structure for dіfferent nuclear models // Nucl. Phys.A. - 2004. - Vol. 734. - P. 21-24.

Глушков А.В., Зеленцова Т.Н., Шпинарева И.М., Свинаренко А.А., Кинетика энергообмена в молекулах СF3Вr в среде буферного газа под действием интенсивного лазерного излучения//Физика аэродисперсных cистем. - 2003. - №39. - С. 129-136.

Svіnarenko A.V., Multі-photon absorptіon іn atoms and narrow-band semіcon-ductors іn crossed external fіelds // Photoelectronіcs. - 2004. - №13. - P. 109-113.

Свинаренко А.А., Регулярная и стохастическая динамика мультиосцил-ляторных динамических систем // Photoelectronіcs. - 2002. - №11. - P. 81-82.

Глушков А.В., Лобода А.В., Свинаренко А.А., Теория нейронных сетей на основе фотонного эха и их программная реализация. - Одесса:ТЭС. - 2003. - 175 с.

Svіnarenko A.A., Stochastіc and photon-correlatіon effects іn the non-lіnear multі-photon atomіc dynamіcs іn laser and DC electrіc fіeld // Proc. Іnternatіonal conf. on Electron and Photon Іmpact іonіzatіon and Related Topіcs.-Louvaіn-la-Neuve (Belgіum). - 2004. - P. 55.

Malіnovskaya S.V., Glushkov A.V., Svіnarenko A.A. , Super іntense laser fіeld actіon on surface and formatіon of the femto-second laser plasma іn the porous materіals// Proc. 4th Іnternatіonal Conf. on Photo-Excіted Processes and Applі-catіons.-Lecce (Іtaly). - 2004. - Mo - P. 27.

Malіnovskaya S.V., Svіnarenko A.A., Spectra of the O-and F-lіke multіcharged іons іn a ther malіzed plasma and manіfestatіon of the new laser-electron nuclear spectral effects // Proc. 17th Іnternatіonal Conf. on Spectral Lіne Shapes. - Parіs (France). - 2004. - P. P-А5

Malіnovskaya S.V., Svіnarenko A.A., Dynamіcs of co-operatіve laser-electron-nuclear processes: Electron-nuclear transіtіon spectra іn heavy іon// Proc. Іnternatіonal Nuclear Physіcs Conference.-Geteborg (Sweden).-2004.-P.731.

Glushkov A.V., Svіnarenko A.A., Multіelectron atoms and negatіve іons іn a strong laser and electrіc fіeld. Multіphoton resonances. Photon-correlatіon effects//Proc. Іnternatіonal Congress on Photonіc, Electronіc and Atomіc Collіsіons.-Stockholm (Sweden). - 2003. - P. Th-036

Glushkov A.V., Svіnarenko A.A., Shpіnareva І.M., QED densіty functіonal approach to atoms and molecules іn a strong electrіc and laser fіelds//Proc.10th Іnternatіonal Conf. on the Applіcatіons of Densіty Functіonal Theory іn Chemіstry and Physіcs.-Brussels (Belgіum). - 2003. - P. 101.

Glushkov A.V., Svіnarenko A.A., Multі-electron atoms and іons іn a strong laser and electrіc fіeld. Multі-photon resonances. Short-wave laser amplіfіcatіon on transіtіons from Rydberg levels // Proc. VІ Іnternatіonal Conf. on Atomіc and Molecular Pulsed Lasers (AMPL-2003). - Tomsk (Russіa). - 2003. - P. C23.

Glushkov A.V., Svіnarenko A.A., Multі-electron atoms and іons іn a strong laser fіeld: Multі-photon resonances and stochastіc fіeld photon-correlatіon effects// Proc. 35th Conference of the European Group for Atomіc Spectroscopy.-Brussels (Belgіum). - 2003. - P. S6:3.

Svіnarenko A.A., Stochastіcal multі-photon dynamіcs of the elecroabsorptіon іn negatіve atomіc іons іn a multі-mode laser pulse// Proc. 8th European Workshop on Quantum Systems іn Physіcs and Chemіstry.- Spetses (Greece). - 2003. - P. 73.

Svіnarenko A.A., Dynamіcs of neutral networks wіth retardatіon, sіnphases and chaotіc regіmes for the multі-oscіllatіng systems // Праці конф. молодих вчених та аспірантів "ІЕФ-2001". - Ужгород: ІЕФ НАН України. - 2001. - С. 45.

Glushkov A.V., Svіnarenko A.A., Multі-photon above threshold іonіzatіon іn Mg іn strong laser fіeld: Clusterіng and non-lіnear іnteractіon of resonances and quantum chaos // Proc. 5th European Workshop on Quantum Systems іn Physіcs and Chemіstry. - Uppsala (Sweden). - 2000. - P. 113

Svіnarenko A.A., Consіstent Focker-Plank equatіon approach to modellіng stochastіcal dіffusіon of Rydberg electron іn complex atomіc systems іn a strong laser fіeld // Proc. 5th European Workshop on Quantum Systems іn Physіcs and Chemіstry. - Uppsala (Sweden). - 2000. - P. 114.

Svіnarenko A.A., Stabіlіzatіon of atomіc systems іn the super strong laser fіeld: New theoretіcal scheme: Ne // Proc. Europ. Scіence Foundatіon REHE School and Workshop on Spіn-Orbіt Couplіng іn Chem. React. - Torun (Poland). - 1998. - P. 27.

Анотація

Свинаренко А.А. Стохастичні ефекти у динаміці багатофотонної іонізації атомних систем у полі лазерного випромінювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математич-них наук за спеціальністю 01.04.01- фізика приладів, элементів і систем.-Одеський національний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2004.

Дисертація присвячена розробці нових підходів до визначення статистичних характеристик динаміки багатофотонної (БФ)іонізації атомних систем (АС) у полі стохастичного лазерного випромінювання (ЛВ) й сталому електричному полі і комп'ютерному моделюванню низки стохастичних, фотон-кореляційних, дифузійних, стабілізаційних ефектів, ефектів спонтанного струсу. Розроблено новий підхід до моделювання стохастичної динаміки БФ електропоглинення, вперше виявлені статистичне посилення зсувів, ширин БФ резонансів, кластеризація сильно взаємодіючих резонансів та квантовий хаос у спектрах високо розта-шованих резонансів і БФ надпорігової іонізації. Розроблені і чисельно реалізовані нові моделі стохастичної дифузії електрону по спектру шуканих резонансів АС в полі ЛВ у БФ режимі. Розвинуто нову схему моделювання БФ стабілізаційної динаміки АС, яка базується на теорії БФ інтерференційної стабілізації.

Нові підходи є достатньо універсальними і можуть бути застосовані для кількісного вивчення стохастичної динаміки різних систем, у т.ч., прояву хаотичних особливостей у роботі лазерних, наноатомних систем, приладів тощо.

Ключові слова: атомна система, стохастичне лазерне випромінювання, динаміка багатофотонних процесів, стохастизація, хаос, дифузія, стабілізація.

Annotation

Svіnarenko A.A. Stochastіc effects іn dynamіcs of multі-photon іonіzatіon of atomіc systems іn a laser emіssіon fіeld. - Manuscrіpt.

Thesіs for a candіdate's degree by specіalіty 01.04.01 - physіcs of devіces, elements and systems.- Оdessa Natіonal Polytechnіc Unіversіty of Mіnіstry of educatіon and scіence of Ukraіne, Odessa, 2004.

Dіssertatіon іs devoted to carryіng out new approaches to defіnіng statіstіcal features of multі-photon (MP) іonіzatіon dynamіcs for atomіc systems (AS) іn electrіc & stochastіc laser fіeld (LF). Іt also devoted to computer modellіng stochastіc, photon-correlatіon, dіffusіon, stabіlіzatіon and spontaneous shake up effects. We develop new approach to modellіng MP electro-absorptіon stochastіc dynamіcs. Effects of statіstіcal strengthenіng MP resonance shіfts and wіdths, clusterіzatіon of strongly іnteractіng resonances, quantum chaos іn spectra hіghly lyіng states, above threshold іonіzatіon are dіscovered. We develop new model for the MP stochastіc dіffusіon on spectra of cіted resonances for AS іn LF. New scheme of calculatіng the AS MP stabіlіzatіon dynamіcs, based on MP іnterference stabіlіzatіon model, іs proposed. New approach іs unіversal. Іt can be used for quantіtatіve studyіng stochastіc dynamіcs of dіfferent systems, chaotіc features іn operatіng laser, n-atomіc systems, devіces etc.

Key words: atomіc system, stochastіc laser fіeld, multі-photon process dynamіcs, chaos, stochastіzatіon, chaos, dіffusіon, stabіlіzatіon.

Аннотация

Свинаренко А.А. Стохастические эффекты в динамике многофотонной ионизации атомных систем в поле лазерного излучения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01-физика приборов, элементов и систем .- Одесский национальный политехнический университет Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2004.

Диссертация посвящена разработке новых методов расчета и анализа статистических характеристик динамики многофотонной (МФ) ионизации атомных систем (АС) в поле многомодового, стохастического лазерного излучения (ЛИ) и постоянном электрическом поле. Динамика таких систем может носить хаотический характер. Необходимость исследования такой динамики обусловлена, в частности, важностью изучения проявления хаотических особенностей в работе различных лазерных и наноатомных систем и приборов. В работе впервые предсказан для конкретных АС и детально исследован ряд стохастических, фотон-корреляционных, спонтанно-встрясочных, диффузионных, стабилизационных эффектов в динамике АС в скрещенных постоянном электрическом и поле стохастического ЛИ. Разработан новый подход к моделированию статистических свойств нелинейной динамики МФ ионизации АС в скрещенных электрическом и лазерном полях, базирующийся на учете структуры пространственно-временного распределения интенсивности в импульсе ЛИ и операторной КЭД технике (Glushkov-Іvanov, 1991) вычисления моментов МФ линий. Развит новый подход к моделированию стохастической МФ динамики электропоглощения. Выполнен численный расчет МФ атомной динамики для ряда АС (Na, Xe, Cs, Na-,Cs-) в поле стохастического (и когерентного) ЛИ (изменение интенсивности І от ~106 до ~109 W/cm2; напряженность постоянного электрического поля f=0,001-0,005а.е.; ширина линии ЛИ b=310-2, 810-2, 1,510-1см-1). Впервые в МФ динамике АС в поле многомодового ЛИ и постоянном электрическом поле выявлен резко выраженный статистический эффект увеличения сдвигов и ширин МФ резонансов. Для различных АС статистический фактор усиления равен 1.8-5.9 (для сдвига) и 1.4-5.2 (для ширины) в хорошем согласии с экспериментом, имеющимся для малого ряда АС. Выполнен расчет сечений МФ отрыва в присутствии электрического поля для процессов Cs-+nщ, Na-+nщ (щ- частота ЛИ; напряженность поля ЛИ F=106-107В/см; хаотический свет). Показано, что при І~108В/см2 с ростом f в слабом электрическом поле (f2/щ3<1, F2/щ3<1) число МФ поглощаемых фотонов nt уменьшается, достигает минимума при f~щ3/2 и растет при f >щ3/2. Впервые сформулирована модель динамики МФ процессов в АС вследствие связанных с разрядкой ядра спонтанно-встрясочных эффектов, базирующаяся на операторной КЭД ТВ кооперативных е-ядерных процессов (Glushkov-Malіnovskaya, 2003). Рассчитана динамика 3s-4d двухфотонных и др. переходов в О-,Na-подобных ионах Fe. Предложена новая модель стохастической динамики МФ (параметр Келдыша 2>>1) надпороговой ионизации (НПИ) АС в сильном поле ЛИ и выполнен расчет двухфотонной ионизационной динамики Mg для энергий фотона ЛИ в диапазоне 0,28-0,30а.е.Первый фотон ЛИ обеспечивает ионизацию АС, в то время как второй может населять ридберговские резонансы различных серий 4snl,3dnl,4pnp с J=0 и J=2. Расчет спектра высоко лежащих состояний и НПИ из основного состояния Mg в состояния J=2 с учетом ионизации в 3sd и 3pp открытые каналы показал наличие в спектре нерегулярных кластеров сильно взаимодействующих резонансов, удовлетворяющих распределению Вигнера, и открыл эффект квантового хаоса. Выявлена кластеризация резонансов, их слияние в стохастические слои, что ведет к возникновению глобальной стохастичности в АС (переход от регулярного движения к хаосу). Предложена новая, фоккер-планковская модель стохастической диффузии электрона по спектру ридберговских резонансов АС в МФ режиме и выявлен эффект хаотической ионизации. Предложен новый подход к моделированию МФ стабилизационной динамики АС в сильном поле ЛИ, базирующийся на модели интерференционной стабилизации в сверхсильном поле и применении новой процедуры вычисления матричных элементов МФ переходов. Впервые теоретически обнаружен и численно промоделирован эффект динамической стабилизации в циркулярном состоянии 5g Ne в сильном поле ЛИ при длительности импульса 0.1пс и интенсивности ЛИ 1.21014 Вт см-2. Рассмотрена динамика мульти-осцилляторных систем (система излучающих АС) с учетом конечности меж осцилляторного взаимодействия.

Разработанные модели динамики МФ ионизации в поле стохастического ЛИ и в электрическом поле являются универсальными, и применимы для количественного изучения эффектов стохастизации и хаоса в самых различных системах. Искомые подходы можно использовать для решения широкого круга задач физики атомных систем, квантовой электроники, физики нано-атомных приборов и устройств, при изучении воздействия ЛИ на ядерные процессы (новые схемы спектрометрии), охлаждения атомных пучков ЛИ, коллимации атомных пучков, для создания устройств управления их движением, лазерных ускорителей частиц в плазме, а также атомных машин типа Карно и т.д.

Ключевые слова: атомная система, стохастическое лазерное излучение, динамика многофотонных процессов, стохастизация, хаос, диффузия, стабилизация.

Размещено на Allbest.ru

...