title: A Classical Analysis of Double Ionization of Helium in Ultra Short Laser Pulses
title: Klassische Analyse der Doppelionisation von Helium in ultrakurzen Laserpulsen
Creators: name: Beran, Lisa
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Double Ionization
Doppelionisation
Helium
Physik

description: Die Dynamik der Doppelionisation
      in Edelgasen geriet erstmals durch die Experimente von
      L’Huillier et al [58] in den Fokus experimenteller [64, 68,
      84] und theoretischer [9, 11, 13, 21, 39, 80, 87] Forschung.
      Die Messung der Impulse der das Atom verlassenden Elektronen
      im Fall von nicht-sequentieller Doppelionisation in starken
      Feldern zeigte den korrelierten Charakter des
      Ionizationsprozesses [66, 67, 88, 90]. Ein
      (1+1)-dimensionales Model für Helium wurde in [25, 73]
      eingeführt und war die Grundlage weiterer Forschung an
      Doppelionisation [24, 26, 27, 71, 74]. Das Modell
      reproduziert das Rückstreu-Szenario, die Korrelation zwischen
      den das Atom verlassenden Elektronen sowie das
      Interferenzmuster der Impulsverteilung [72]. Letzteres hängt
      von der Amplitude des externen Feldes, der Pulsdauer sowie
      der Phase ab. Inspiriert von der semiklassischen Idee, dass
      viele Pfade zu Doppelionisationsereignissen beitragen und die
      Interferenz zwischen diesen die Muster in den
      Impulsverteilung bewirken, wurde eine rigorose Analyse der
      klassischen Trajektorien, welche Doppelionisation zeigen,
      durchgeführt. Durch Anwendung von kurzen Pulsen werden die
      Effekte von Mehrfachstreuung intrinsisch minimiert. In
      klassischen Berechnungen wurden Feldparameter variiert und
      Konfigurationen, die zu Trajektorien mit reduzierter
      Komplexität führen, gesucht. Die klassischen Trajektorien
      ermöglichen es, die Anfangsbedingungen und die Endzustände im
      Phasenraum miteinander in Beziehung zu setzen. Es wurde ein
      Zusammenhang zwischen externer Feldstärke und den
      Anfangsbedingungen der Elektronen gefunden. Im Grenzfall
      eines einzelnen Zyklus sorgt die gegenseitige Abstoßung der
      Elektronen dafür, dass nur antiparallele Doppelionisation
      möglich ist. Nicht-sequentielle Doppelionisationen mit dem
      gleichen Endimpuls werden durch Zwei-Zyklen-Felder erzeugt.
      Das Auftreten klassischer nicht-sequentieller
      Doppelionisation wurde in Abhängigkeit von Frequenz sowie
      Feldstärke untersucht.
description: Experiments of double ionization in
      noble gases [58, 64, 68, 84] were the catalyst for extensive
      theoretical investigations [9, 11, 13, 21, 39, 80, 87]. The
      measurement of the momenta of outgoing electrons in
      non-sequential strong field double ionization exposed the
      correlated nature of their escape [66, 67, 88, 90]. A
      (1+1)-dimensional model for helium, introduced in [25, 73],
      has been the foundation of ongoing research into
      non-sequential double ionization [24, 26, 27, 71, 74]. The
      model reproduces the re-scattering scenario, the correlation
      between the outgoing electrons, and the interference patterns
      in the momentum distribution [72]. The observed interference
      patterns depend on the amplitude of the external field, pulse
      duration, and carrier envelope phase. Guided by the
      semi-classical idea that many paths contribute to the double
      ionization events and the interference between these paths
      could cause the patterns, a rigorous analysis of the
      classical trajectories depicting double ionization was
      undertaken. Applying few-cycle pulses, the effects from
      multiple re-scattering are intrinsically minimized. In
      classical calculations, field parameters were varied and
      configurations yielding trajectories of reduced complexity
      were targeted. The classical trajectories allow a connection
      between the initial conditions in phase space and the final
      states to be established. A link between the external field
      strength and the electrons initial conditions was found. In
      the single-cycle limit, the electrons mutual repulsion
      ensures that anti-parallel double ionization is the only
      double ionization mechanism at intensities above the
      threshold. Stable and symmetric back-to-back double
      ionization trajectories are identified. Parallel
      non-symmetric double ionization with same final momentum was
      generated from two-cycle fields. The extent of the frequency
      and field strength dependency on classical non-sequential
      double ionization was determined.