原子在强激光场中的稳定性

　　原子激光展望以光学激光为指导，可展望原子激光的发展要得到真正连续相干物质波，玻色凝聚体必须连续补充，产生稳态凝聚体的设想虽然有了，但实验室还未曾做出过在激光腔中可能出现高阶模，但对原子激光说，玻色凝聚体中原子都是占据最低能量态，能否产生较高能态的凝聚体，从而耦合出高能量的相干原广束，这些问有待研允王裕民供缟原子在强激光场中的稳定性原在强激光场中的稳定现象1984年1言次彼理论预言和描述实验验证则仅仅是最近的事34！原子稳定思想并不对应于数在这种情况下，原子的电离时间或未电离残佘儿率。=1扣变成常数，或汗始随或曾加在强场中这些类型函数。，5和0的选择，还有临界场人。和的确定是原子稳，勿理当代研究的标原子在强场中的稳定有几个模型，它们这些模型中的两个高频稳定模型泉子电离速率随激光场强度，加这简单直1根据定义。稳定意即依赖于张度几戈场强，电离几率晰在脉冲期间停止增加脚在，干涉稳剩汆儿率和电离时间叫随激光脉冲峰值电场强度的变化虚线对应微扰理论，点划线和实线对应于原子在强场中稳定的不同范围各定模型然而在手分析前，我们先了解能获得的丈说数据。

　　2实验实际上己做了儿种努力以观察原子被强场所感生的稳定然而它们中只有两个34被认为是完全成功的。在这两种情况中，测量了电子产额正比于每个脉冲的电离几率在固定通量下，即场的峰值强度和脉冲持mmmmF=i.，辱于常数时随脉冲持续的变化。或对不同但固定脉冲持续时间1测量电子产额随，的变化研究对象是被激发的以3和。4原子尽管实验3押4钓装置和解释有本质的区别，从整体来看它们的结果却十分相似，因此我们仅介绍实验33用步激发，使榀原子处于27态，然后用高功率短激光脉冲使其电离给出持续时间的变化爪产常数，对应于用费米的金规则，只由阶微扰理论计算的1子产颔，按照此规则。工m，J厂常数尸=常数时的小域对应厂高场强在这种情况下观察到的与金规则的有相当大的偏离沁0减少，确认了原子在强场中的稳定效应26为两个固定的脉冲持续时间=27和0.6的电产额随迎冲持续时间的变化和在特定脉冲持续时间随辐照强度的变化53量的实验依赖关系扯然较短的脉冲曲线财应于较高的强度，但较短脉冲的强场中原子稳定的存在另外，曲线咐的形状明当电离几率怕在咐1接近不变时发生稳定型158并始介绍各种稳定模型和机制我们知道在偶极近似下在强度义1.1的外光场原子的哈密顿算符能转换成其中7〃为无外场时的原子势，而，=是自由电子在外场中振荡振幅哈密顿算符转换成式1在物理上等价于转换到振动坐标系统中，在此系统中电子静止不动，而原子核和对应的原子势在振动式1中调谐±也依赖于时间的势能展开傅里叶级数Urc，sW= 1篇。86小只。近似站沪这样的假设在展开式2中=0项起主要作用，而所有谐波0均当作小微扰处班在此近似中，强场中的原子由具有稳态势CKHr=Uor；ao判据是其中么外为未扰动原子电子波函数定域区的尺寸，而为势垒无抑电离胳财莫型中场的特征强度该模型及的测定于其中给出维原子在外场中的总势能使1线；7的极大位下仇1假设在强交流场中。，其场强达到值原丹皮包也穿越势垒进远离原子核区。并呈现光波场中自山粒子波包的特性在氢原子中，1等于原子场强的6，对应的强度为14.SKramers 16.近似的适用深件式4满足时，在某强度范围中，式2，乒0谐波的作用减小，这暗原子被稳定。条件1决定原子13观6讲1稳所需的临界场强度心。

　　原子维模型；条件，=.决定了对应于势奎压抑的场强1 4甩德堡原子下涉稳定模型原子千涉稳定模型16在其物理和实现条件个同，1训1少阶如1讲。稳千涉稳定的主要思想在4中说明如果个原子初始位于高激发里德堡态上，具有能请。，〃，频率为让，场的光电离几率厂由次微扰理论0，决定，并且线性地依赖场强的大小也决定了里德堡能级的电离加宽阁4微扰即。论和次微扰理论适用性的判据是宽度比相邻德堡能级间距离小，3.微扰理论在强场中，1免3不适用，1与负连续能级的直接跃迁起，伴有邻近德堡能级再集居的拉曼跃撄阁4中的激光与光电子学边展型拉曼跃撄跃让沙；得更有效。该场合出现里德坠能级的相十集1证明它自己是这样定相，仲得从这呜能级到连续能级的相继跃迁相互涉斤部分相互抵消，使原子电离速率减小并使原子稳定采用矩阵准经典达式时6，稳定化判据5 1〃3约化为5在光频范围里，条件对应于强度贾。1！2，与实验条件3致面讨论干涉稳定理论描述的主要方法和它们的结果发现个原子在里德堡态中的几率振幅函数，展开系数为，和，沿借助于连续能级称之为绝热消除近似9，几率振幅，和，方程组能约化为仅对，的方程组能用来描述干涉稳定最简单模型的是与连续能级相互作用的两个间隔很近能级和，模型当然关于里德堡原子这样1个方程的方程组，其中与连续能级的耦合由电离宽度1的能量决定在等电离宽度6，近似下，方程组5的准能玷解⑴叫非常简中，特别是该系统的复准能荇如下形式准能级带准能量的实部，和虚部，分别决定能带的质量中心和它们的宽，两个准能带的增宽依赖于厂即依赖于强度然后，对于，个带继续加宽，另个带变窄。窄准能级带，的出现暗系统能被稳定在这种情况下，集居长寿命分量的寿命由义1决定个能带在强场么的质量中心位于个非扰动能级间义=+厂的变化，按阶微扰理论计算，正比于强度为了改进模型使其更为实际，己计及许多不同主量子数和不同轨道动量的里德堡能级6因此获得电离几率随通量和脉冲持续时间的变化7，它与实验曲线旧2定性符。很妊应注意实验条件3对应于很窄的参数范围，7的虚线因此实验3显然没有给出强场区3关于曲线斯，的信息，虽然它暗对3存在稳定间幻及通量5的理论依赖关系121最近正在研究的个模型16也计及原激光脉冲相互作用逐步的开关的几率我们在这里略去细节介绍最有趣的结果原了的衰减动力学山它在分立能级，间关的总剩余几率州，征在强场情况下，关于光滑和矩形脉冲的这种依赖关系不尹8这些情况间的差别很显着，它矩形脉冲模型的缺点。明在光滑脉冲包络情况下。电离主要发生在脉冲的前后沿即剩余几率几乎不变这是在电离动力学中强场原子稳定的直接现9为对不同脉冲持续时间，在脉冲结束时刻，=时剩余几率随正比于义也的参数厂的变化最趣的是应于长脉冲持续时间！7底部的那条曲线。它明当脉冲持续时间大大超过印1周期=23时，原子能够被稳定。

　　系1矩形脉冲，2光滑脉冲虚线为光滑脉冲的包络161薛定谔方程在强场中的准经典解，虽然方程组5和它们的解十分合埋，述模甩本……，身却+严格，七要困难在，连续能级绝热消发年洁源现中。在场取强的脉冲中嘴加心，趾邮只0哪。扯8奶6土乜伸奶失的判断该过程暗采用许多在强场中有效的其他近似，转波近似极近似和平坦迮续能级近似并不明显在这点上己做1许多努力以发展基于其他无近似模型的理论。

　　其中之是用准经典近似作为原子电子在时间有关的强场中薛定谔方程的直接解415，这略去细节，给出个原户被脉冲产生的总屯离几率1415峰值强度的变化1微扰理论，2由式7计算和3精确的数值解171该结果的获得没采连续能级绝热消失和所有特殊近似，这些近似己用于几率振幅方程的模喂中式1对仟何激光脉冲包络义，的形状都适用然而在推导式7时假设里德堡原子的角向运动比径向运动慢这个近似未作严格证明。然而与这个问7计算和维薛定谔方程数值解17的结果于10分别用实线和虚线人们能看到这些结采。复实1完全勾强场区域1文最后应注意到里德堡原子相当简单的准经典理论仅限于短脉冲范围。

　　5结论最后我们能宣称当德堡原子的干涉稳定己迕次得到实验确证然而许多问例如关于强场中稳定和电离的范围需要实验阐明。至于干涉稳定理论，能得到的模型和所用的方法没有个是严格的。因此不的方法比较其结果并从中找出最可靠的，应继续进行广泛研究扩展精确数值解和实验研，的范围也很有价值最重要的新理论结果之是增加场强使原子在长脉冲，获得稳定的可能性该结果是用关于几率振幅，方程的模型而获得的，尚未被其他方法认在这点上，非常重要的是将准经典方法的应用范围扩展至长脉冲。扩展参数范也很重要，用这些参数能获得精确的数值解范品忠供稿光笼从概念走向现实正是它开创了光子晶体的研，文章描述经了篇文氧他预言这篇文章会是颗重过特殊设计的材料其复杂结构类似微型蜂磅炸弹，现在人们认为这是篇开创性文章，窝如何操纵光捕获引导和滤波，正如