Laserionisierung

Die Laserionisierung ist der Prozess, bei dem durch Laserlicht Elektronen aus Atomen, Ionen oder Molekülen entfernt werden. Je nach Photonenergie, Feldstärke und Pulsdauer ergeben sich verschiedene Mechanismen: Bei moderaten Feldern erfolgt Ionisierung vorwiegend durch multiphotonische Photonenabsorption (MPI). In starken Laserfeldern dominiert die Tunnelionisierung, bei der die Coulombbarriere des Systems durch das Feld verzerrt wird und das Elektron tunneln kann. In noch hohen Intensitäten können auch Above-Threshold-Ionization (ATI) Effekte auftreten, bei denen mehr Energie als die Ionisationsenergie übertragen wird.

Der Übergang zwischen MPI- und Tunnelingionisierung wird durch den Keldysh-Parameter γ beschrieben: γ ≈ 1 markiert den Grenzbereich; γ ≪ 1 weist auf Tunneling hin, γ ≫ 1 auf MPI.

Typische Parameterbereiche reichen von UV- bis Infrarotwellenlängen, Pulsdauern von wenigen Femtosekunden bis hin zu einigen Picosekunden, und Intensitäten von etwa 10^9 bis 10^15 W/cm^2. Unter diesen Bedingungen kann die Ionisierung als Einzelprozess oder als Erzeugung eines Laserplasmas auftreten.

Anwendungen finden sich in der LIBS-Technik (laserinduzierte Spektroskopie zur Elementanalyse), in der Massenspektrometrie als Ionisationsquelle, in zeitaufgelösten Pump-Probe-Experimenten sowie in der Erzeugung hochenergetischer Photonen durch Hochharmonische Generierung (HHG). In Molekülen führen starke Felder oft zu Orientierungs- und Fragmentierungsprozessen.