Исследование эффектов возбуждения атомной структуры и резонансных явлений в фундаментальных процессах в интенсивном лазерном поле

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-12-00476

НазваниеИсследование эффектов возбуждения атомной структуры и резонансных явлений в фундаментальных процессах в интенсивном лазерном поле

Руководитель Фролов Михаил Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" , Воронежская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-302 - Когерентная и нелинейная оптика

Ключевые слова атомы, атомные резонансы, ридберговские состояния, туннелирование без ионизации, интенсивные лазерные поля, нелинейное взаимодействие, аналитические модели, высокопроизводительные вычисления, математическое моделирование, уравнения Кона-Шэма.

Код ГРНТИ29.29.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Настоящий проект направлен на решение актуальных задач физики взаимодействия лазерного излучения с веществом, связанных с широко изучаемыми в настоящее время процессами надпороговой ионизации, генерации вторичного излучения, многоэлектронной ионизации, образования ридберговских атомов и другими проявлениями нелинейной квантовой динамики атомных и молекулярных систем в полях электромагнитного излучения высокой интенсивности. Основная цель проекта состоит в разработке теоретического аппарата, необходимого для исследования влияния связанных состояний, включая резонансы, а также влияния межэлектронных корреляций на процессы надпороговой ионизации, генерации высших гармоник и длинноволнового излучения. В настоящее время эффективные приближенные теоретические методы, позволяющие описать влияние связанных состояний, проявляющееся при взаимодействии атомных систем с сильным лазерным излучением, практически отсутствуют. Эксперименты последних лет, обнаружившие такие эффекты в спектрах надпороговой ионизации и вторичного излучения, однозначно указывают на значительную роль связанных состояний в нелинейной квантовой динамике атомов и молекул в сильном внешнем поле, что делает развитие предлагаемой теории актуальной и новой задачей. Не менее важную часть проекта составляет численное моделирование эффектов связанных состояний и многоэлектронной структуры, выполняемое несколькими взаимно дополняющими методами, включая численное решение уравнений Кона-Шэма и гамильтоновых уравнений для классических аналогов квантовых систем. Такое численное моделирование, выполненное для реальных атомных систем, позволит провести фундаментальную проверку разработанных теоретических методов и количественный анализ исследуемых эффектов, необходимый для интерпретации имеющихся экспериментальных данных и для планирования новых экспериментов. Кроме того, решение поставленных в проекте задач будет способствовать дальнейшему развитию высокопроизводительных вычислений, применяемых для исследования нелинейной динамики квантовых систем в нестационарных интенсивных полях. Аналитическая часть предлагаемых в проекте исследований предполагает развитие методов, прошедших многолетнюю апробацию в атомной физике сильных лазерных полей, путем включения в них связанных состояний и многоэлектронных эффектов. Подходы, нетривиальная модернизация которых будет выполнена в рамках проекта, включают метод эффективного радиуса, метод квазистационарных квазиэнергетических состояний, квазиклассическое приближение в теории ионизации и генерации вторичного излучения, а также подход, основанный на уравнении Липпмана-Швингера и его анализе методом Гильберта-Шмидта. С использованием разработанного теоретического аппарата будут количественно исследованы: эффект многофотонного и туннельного возбуждения ридберговских состояний, известный в литературе, как «туннелирование без ионизации», резонансная ионизация в сильном лазерном поле, резонансное увеличение выхода высших гармоник в атомах щелочных металлов, эффекты атомной структуры при генерации длинноволнового излучения газовыми мишенями, коллективный туннельный эффект. Сочетание аналитических подходов и полномасштабного численного моделирования позволит выполнить количественные расчеты, необходимые для предсказания новых эффектов атомной структуры в спектрах надпороговой ионизации и вторичного излучения и для подготовки соответствующих экспериментов. В частности, будут предложены альтернативные схемы спектроскопии возбужденных состояний атомных систем, основанные на анализе спектров надпороговой ионизации и вторичного излучения. Актуальность предлагаемого исследования определяется как широчайшим спектром практически важных приложений лазерно-индуцированных нелинейных процессов в медицине, биологии, физике, материаловедении и т.д., так и отсутствием в настоящее время подходящего теоретического аппарата для описания влияния возбуждения атомной структуры на нелинейные процессы, индуцированные сильным лазерным полем. Научная проблема, сформулированная в рамках проекта, только начинает исследоваться в ведущих мировых лабораториях, тем самым определяя новизну предлагаемых исследований.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Пенг Д., Фролов М.В., Пи Л.-В., Старас А.Ф. Enhancing high-order harmonic generation by sculpting waveforms with chirp Physical Review A, т. 97, стр. 053414 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevA.97.053414

2. Фролов М.В., Манаков Н.Л., Минина А.А., Введенский Н.В., Силаев А.А., Иванов М.Ю., Старас А.Ф. Control of Harmonic Generation by the Time Delay Between Two-Color, Bicircular Few-Cycle Mid-IR Laser Pulses Physical Review Letters, Т. 120, Вып. 26, c. 263203 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevLett.120.263203

3. Тульский В.А., Багхери М., Саалман У., Попруженко C.В. Boosting terahertz-radiation power with two-color circularly polarized midinfrared laser pulses Physical Review A, т. 98, с. 053415 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevA.98.053415

4. Саранцева Т.С., Фролов М.В., Введенский Н.В. Modification of the spectrum of high harmonics by a weak vacuum ultraviolet field Quantum Electronics, Т. 48, Вып. 7, Стр. 625-629 (год публикации - 2018)
10.1070/QEL16651

5. Саранцева Т.С., Фролов М.В., Манаков Н.Л., Силаев А.А., Введенский Н.В., Старас А.Ф. XUV-assisted high-order-harmonic-generation spectroscopy Physical Review A, т. 98, стр. 063433 (DOI: 10.1103/PhysRevA.98.06343) (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevA.98.06343

6. Максвелл А.С., Попруженко С.В., Фигуэрра Мориссон Фариа К. Treating branch cuts in quantum trajectory models for photoelectron holography Physical Review A, т. 98, стр. 063423 (DOI: 10.1103/PhysRevA.98.063423) (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevA.98.063423

7. Фролов М.В., Манаков Н.Л., Минина А.А., Силаев А.А., Введенский Н.В., Иванов М.Ю., Старас А.Ф. Analytic description of high-order harmonic generation in the adiabatic limit with application to an initial s state in an intense bicircular laser pulse Physical Review A, Том 99, Выпуск: 5, Номер статьи: 053403 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevA.99.053403

8. Саранцева Т.С., Фролов М.В., Манаков Н.Л., Силаев А.А., Романов А.А., Введенский Н.В., Старас А.Ф. Attosecond-pulse metrology based on high-order harmonic generation Physical Review A, т. 101, стр. 013402 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevA.101.013402

9. Лисейкина Т.В., Попруженко С.В. Bright single-cycle terahertz source based on gas cells irradiated by two-color laser pulses Journal of Physics Conference Series, т. 1412, стр. 042005 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1412/4/042005

10. Попов В.С., Попруженко С.В. Selected Problems of Relativistic Quantum Mechanics and Atomic Physics Physics of Atomic Nuclei, т. 82, стр. 1583-1596 (год публикации - 2020)
10.1134/S1063778819120238

11. Романов А.А., Силаев А.А., Фролов М.В., Введенский Н.В. Influence of the polarization of a multielectron atom in a strong laser field on high-order harmonic generation Physical Review A, Том. 101, Вып. 1, Номер 013435 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevA.101.013435

12. Флегель А.В., Манаков Н.Л., Свиридов А.В., Фролов М.В. Генг. Л., Понг Л.-Ю. Analytic description of the above-threshold detachment in the adiabatic limit Physical Review A (год публикации - 2020)

13. Попруженко С.В., Ломоносова Т.А. Frustrated ionization of atoms in the multiphoton regime Laser Physics Letters, Том 18, стр. 015301 (год публикации - 2020)
10.1088/1612-202X/abca43

Публикации