Multiphotonionisatie

Multiphotonionisatie is een niet-lineair ionisatieproces waarbij een elektron uit een atoom, molecuul of vaste stof wordt verwijderd doordat meerdere fotonen gelijktijdig of in snelle opeenvolging worden geabsorbeerd door het systeem in een sterk elektromagnetisch veld. De ionisatie vindt plaats wanneer de som van de geabsorbeerde fotonen gelijk is aan of groter dan de ionisatie-energie van het elektron.

Afhankelijk van de fotonenergie en veldsterkte kan absorptie gelijktijdig plaatsvinden (multipotonabsorptie) of via tunneling bij sterke velden. In experimenten is de intensiteit bepalend: bij lage intensiteiten volgt de ionisatiesnelheid perturbatief en schaal met een macht van de intensiteit, terwijl bij hoge intensiteiten ionisatie vaak niet-perturbatief is en door tunneling wordt ondersteund. De Keldysh-parameter γ = sqrt(I_p/(2 U_p)) geeft de overgang aan: γ >> 1 wijst op multiphotonionisatie, γ << 1 op tunnelingionisatie.

Signaturen omvatten Above-Threshold Ionization (ATI): foto-elektronen komen met discrete pieken in energie voort uit het verschil tussen het ionisatie-energieladder en het fotonenergiepakket. De spectra en de hoekafhankelijkheid van de uitgezonden elektronen geven inzicht in bindingen en moleculaire oriëntatie.

Theoretische kaders: de Keldysh-theorie uit de jaren 1960 beschrijft de overgang tussen multiphotonionisatie en tunneling. Analytische modellen zoals ADK en PPT worden gebruikt om tunnelrates te schatten, terwijl numerieke oplossingen van de time-dependent Schrödinger equation gedetailleerde beschrijvingen bieden.

Toepassingen en geschiedenis: multiphotonionisatie speelt een sleutelrol in sterke-veld-fotografie, waaronder high-harmonic generation en attoseconde-wetenschap, en in laserspectroscopie en materiaalstudies onder intense velden. De ontwikkeling begon met theoretische werken en experimentele bevestiging in de jaren zestig.