Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1132
Main Title: Multiple ionization of heavy atoms in super strong laser fields
Translated Title: Mehrfach Ionisation Schwerer Atome in Ultrastarke Laserfelder
Author(s): Gubbini, Elena
Advisor(s): Sandner, W.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit werden Experimente vorgestellt, in denen die Ionisationsdynamiken schwerer Atome (Kr und Xe) in ultrastarken und kurzen Laserfeldern untersucht wurden. Die kurzen Laserimpulse die zur Durchführung der Experimente notwendig waren, wurden mit dem Höchstfeld Laser Systems (Ti:Sa) am MaxBorn Institut erzeugt. Das Hauptinteresse der Forschungsarbeit lag in der Analyse der intensitätsabhängigen Ionenausbeute höherer Ladungszustände. Insbesondere wurde die Ionisation der d-Schale von Krypton und Xenon in linear, sowie in zirkular polarisiertem Licht untersucht. Die experimentellen Ergebnisse werden anhand verschiedener Modelle diskutiert. Das erste Ziel dieser Arbeit war es zu verstehen welcher Ionisationsprozess, im Intensitätsregime zwischen 10^16 und 10^18 W/cm^2, in dem höhere Ladungszustände erzeugt werden, dominant ist. Die experimentellen Ergebnisse wurden mittels der semiklassischen Annährung für den nichtsequentiellen Ionisationsprozess diskutiert. Dabei wurde der Einfluss relativistischer Effekte auf den MultiIonisationsprozess berücksichtigt. Es wurde gezeigt dass die Ionisation höherer Ladungszustände sequentiell auftritt. Die von Ammosov, Delone, Krainov entwickelte Theorie (ADK), welche den sequentiellen Ein-Elektron-Ionisationsprozess für niedrige Intensitäten beschreibt, wurde für die Beschreibung des Ionisationsprozesses höherer Ladungszustände angewendet. Die Ionisationswahrscheinlichkeit in der ADK Theorie ist von der magnetischen Quantenzahl m des Anfangszustandes des aktiven Elektrons abhängig. Das zweite Ziel und zugleich Hauptziel dieser Arbeit besteht in der experimentellen Untersuchung, ob der Anfangszustand des aktiven Elektrons aus der d-Schale den Ionisationsprozess beeinflusst. Es wurde gezeigt, dass die Ionenhülle relaxiert, bevor die nächste Ionisation stattgefunden hat. Jede Erinnerung an die ursprüngliche m-Quantenzahl wird während des Ionisationsprozesses, durch eine schnelle Mischung der m-Quantenzustände gelöscht. Außerdem wurde die Möglichkeit diskutiert, die Ionisationsdynamiken als Intensitätsmessung für Laserintensitäten höher als 10^17 W/cm2 anzuwenden. Dabei wurden zwei Methoden beschreiben. Die erste Methode basierte auf overthebarrier ionization (OBI), die Zweite auf der ADK Theorie. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit diesen zwei Methoden hat gezeigt, dass die OBI Methode eine grobe Abschätzung der Intensität liefert, während die ADK Theorie eine gute Methode zur Bestimmung der Spitzenintensität ist.
In this work we have presented experimental investigations on ionization dynamics for heavy atom species (Kr and Xe) exposed to super strong laser fields generated by the Ti:Sapph laser system of the Max-Born Institute. We have focused our interest on the analysis of the intensity dependent ion yields for highly charged states. In particular, the d-subshell ionization of krypton and xenon has been investigated in linearly and circularly polarized light. The experimental results have been discussed within several theoretical models. The first goal of this work was the understanding of the dominant ionization mechanisms in the intensity regime between 10^16 and 10^18 W/cm2, where the highly charged states are produced. We have examined the applicability of the ADK theory, which describes the single-electron ionization process at nonrelativistic intensities, also for highly charged states. We have discussed the experimental observations by means of the semiclassical approach for the nonsequential ionization, also taking into account the influence of the relativistic effects on multiple ionization. We have shown that for the highly charged states the process proceeds purely sequentially. The ADK ionization rates strongly depend on the magnetic quantum number of the active electron. The main goal of this work is to investigate experimentally whether the initial state of the active electron influences the sequential ionization process. We have concluded that the ionic core fully relax before the next ionization sets in. Any memory of the initial magnetic quantum number is erased during ionization via a fast m-sub state-mixing process. Experiments with attosecond laser pulses, where ionization of several electrons is expected to occur within one cycle, could deliver further informations on the effective time scale at which core relaxation actually takes place. We were also interested in the measurement of intensities larger than 10^18 W/cm2 for which the normal procedure through the measurement of energy, pulse width and focus waist fails. In the frame of this work, the possibility to use the ionization dynamics as intensity probe has been discussed. Two methods are described, based on over-the-barrier ionization (OBI) and on the ADK theory respectively. A comparison between the results obtained by applying the two methods to our experiment has shown that the method based on the threshold intensity for over-the-barrier ionization is applicable for a coarse approximation of the peak intensity, while the ADK theory releases a good method for a determination of the relative laser intensity.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-10282
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1429
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1132
Exam Date: 20-Jul-2005
Issue Date: 1-Aug-2005
Date Available: 1-Aug-2005
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): ADK Theorie
Ionisationsdynamiken
Mehrfach Ionisation
Ultrastarken Laserfeldern
ADK theory
Ionisation dynamics
Multiple ionisation
Super strong laser field
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 2 Mathematik und Naturwissenschaften » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_39.pdf4.69 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.