प्रबल लेज़र क्षेत्रों में परमाणु

जब लेज़र क्षेत्र परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को बांधने वाले क्षेत्रों की तुलना में शक्ति में तुलनीय हो जाता है, तो विक्षोभ सिद्धांत (perturbation theory) विफल हो जाता है और गैर-विक्षोभकारी प्रक्रियाएँ (non-perturbative processes) जैसे कि देहली-से-अधिक आयनीकरण (above-threshold ionization) और उच्च-हार्मोनिक उत्पादन (high-harmonic generation) प्रकट होते हैं।

Definition

प्रबल लेज़र क्षेत्रों में परमाणु, परमाणु आयनीकरण और उत्सर्जन का अध्ययन है जब लेज़र का दोलनशील विद्युत क्षेत्र इतना तीव्र होता है कि परमाणु की प्रतिक्रिया गैर-विक्षोभकारी होती है, जिससे क्षेत्र एक ऑप्टिकल चक्र के भीतर बाध्यकारी कूलम्ब विभव (binding Coulomb potential) को पर्याप्त रूप से विकृत या दबा देता है।

Scope

यह विषय तीव्र लेज़र क्षेत्रों में परमाणुओं के व्यवहार को समाहित करता है: केल्डिश पैरामीटर (Keldysh parameter) द्वारा अभिलक्षित बहुफोटॉन से सुरंग आयनीकरण (tunnelling ionization) तक का संक्रमण, देहली-से-अधिक आयनीकरण जिसमें एक इलेक्ट्रॉन आयनीकरण के लिए आवश्यक से अधिक फोटॉन अवशोषित करता है, त्रि-चरणीय पुनर्संघट्टन मॉडल (three-step recollision model), और उच्च-हार्मोनिक उत्पादन जो सुसंगत अति-पराबैंगनी (extreme-ultraviolet) और एटोसेकंड (attosecond) स्पंद उत्पन्न करता है। यह उस व्यवस्था का उपचार करता है जहाँ लेज़र क्षेत्र आंतरिक कूलम्ब क्षेत्र (Coulomb field) को टक्कर देता है।

Core questions

• लेज़र-परमाणु अंतःक्रिया कब विक्षोभ सिद्धांत द्वारा वर्णनीय नहीं रह जाती है?
• बहुफोटॉन आयनीकरण को सुरंग आयनीकरण से क्या अलग करता है?
• एक इलेक्ट्रॉन अपने मूल आयन में लौटकर उच्च हार्मोनिक्स कैसे उत्पन्न करता है?
• प्रबल-क्षेत्र प्रक्रियाएँ प्रकाश के एटोसेकंड स्पंद कैसे उत्पन्न करती हैं?

Key concepts

• केल्डिश पैरामीटर
• बहुफोटॉन आयनीकरण
• सुरंग आयनीकरण
• देहली-से-अधिक आयनीकरण
• त्रि-चरणीय पुनर्संघट्टन मॉडल
• उच्च-हार्मोनिक और एटोसेकंड स्पंद उत्पादन

Key theories

प्रबल-क्षेत्र आयनीकरण का केल्डिश सिद्धांत

केल्डिश ने लेज़र आवृत्ति की तुलना सुरंग दर से करने वाला एक पैरामीटर प्रस्तुत किया, जो बहुफोटॉन व्यवस्था को अलग करता है, जहाँ आयनीकरण कई फोटॉनों को अवशोषित करके होता है, सुरंग व्यवस्था से, जहाँ क्षेत्र इलेक्ट्रॉन को बाहर निकलने के लिए विभव बाधा को पर्याप्त रूप से मोड़ता है।

त्रि-चरणीय पुनर्संघट्टन मॉडल

कॉर्कम का मॉडल प्रबल-क्षेत्र उत्सर्जन को सुरंग आयनीकरण, लेज़र क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉन के त्वरण, और मूल आयन के साथ पुनर्संघट्टन के रूप में वर्णित करता है, जो एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन उत्सर्जित करने के लिए पुनर्संयोजित हो सकता है और इस प्रकार उच्च हार्मोनिक्स उत्पन्न कर सकता है।

Clinical relevance

प्रबल-क्षेत्र प्रक्रियाएँ एटोसेकंड विज्ञान का आधार हैं: उच्च-हार्मोनिक उत्पादन सुसंगत अति-पराबैंगनी और एटोसेकंड प्रकाश स्रोत प्रदान करता है जिसका उपयोग पदार्थ में इलेक्ट्रॉन गति को फिल्माने के लिए किया जाता है, और प्रबल-क्षेत्र आयनीकरण लेज़र फिलामेंटेशन (laser filamentation) और तीव्र-लेज़र मशीनिंग (machining) तथा निदान (diagnostics) का आधार है।

History

केल्डिश के 1965 के सिद्धांत ने प्रबल-क्षेत्र आयनीकरण को तब प्रतिपादित किया जब इसे परखने के लिए तीव्र लेज़र मौजूद नहीं थे। 1970 और 1980 के दशक में लेज़रों के अधिक शक्तिशाली होने के साथ बहुफोटॉन और देहली-से-अधिक आयनीकरण देखे गए; उच्च-हार्मोनिक उत्पादन, जिसे कॉर्कम के 1993 के पुनर्संघट्टन मॉडल द्वारा समझाया गया था, ने तब एटोसेकंड विज्ञान को खोला, जिसे भौतिकी में 2023 के नोबेल पुरस्कार द्वारा मान्यता दी गई।

Key figures

• Leonid Keldysh
• Paul Corkum
• Anne L'Huillier
• Ferenc Krausz

Seminal works

• keldysh1965
• corkum1993
• krausz2009

Frequently asked questions

केल्डिश पैरामीटर आपको क्या बताता है?

केल्डिश पैरामीटर एक इलेक्ट्रॉन को दबी हुई बाधा से सुरंग बनाने में लगने वाले समय की तुलना लेज़र की ऑप्टिकल अवधि से करता है। एक से बहुत अधिक मान बहुफोटॉन व्यवस्था को इंगित करता है, जबकि एक से बहुत कम मान सुरंग व्यवस्था को इंगित करता है।

प्रबल-क्षेत्र भौतिकी एटोसेकंड स्पंद कैसे बनाती है?

उच्च-हार्मोनिक उत्पादन में, इलेक्ट्रॉन अपने मूल आयनों के साथ प्रति ऑप्टिकल अर्ध-चक्र में एक बार पुनर्संघट्टन करते हैं, जिससे अति-पराबैंगनी प्रकाश के विस्फोट उत्सर्जित होते हैं। कई हार्मोनिक्स को मिलाकर केवल एटोसेकंड तक चलने वाले स्पंद उत्पन्न होते हैं, जो इलेक्ट्रॉन गतिकी को हल करने के लिए पर्याप्त छोटे होते हैं।