[科普中国]-光致电离

截面

不是每个遇到原子或离子的光子都会使其发生光致电离。发生光致电离的概率与光致电离截面有关，取决于光子和所靶目标的能量。对于能量低于电离阈值的光子，光电离截面接近零。 但是，随着脉冲激光器的发展，我们已经有可能产生极强的相干光，其中可能发生多光子电离。甚至在更高的强度（约10^15-10^16W / cm^2的红外或可见光），观察到非扰动现象。12

多光子电离低于电离阈值的光子能量实际上可以结合它们的能量用来电离原子。这种概率随着所需的光子数量迅速降低，但是随着高强度脉冲激光器的发展使得这种情况很可能发生。在扰动区域（光频率低于约10^14W/cm^2），吸收N光子的概率取决于激光强度I，记作I^N。3对于更高的强度，这种可靠性因为接着发生的AC斯塔克效应而消失。4

共振增强多光子电离（REMPI）是应用于原子和小分子的光谱学的技术，其中可调谐激光可以用于接近激发的中间态。

高于阈值电离（ATI）5是多光子电离的扩展，其中吸收比实际电离原子所需的更多的光子。多余能量给予释放的电子比通常情况下刚刚高于阈值电离更高的动能。更确切地说，系统在其光电子光谱中将具有由光子能量分离的多个峰，这表明所发射的电子具有比在正常（最低可能数目的光子）电离情况下更多的动能。从靶释放的电子将具有大约比整数个光子能量更多的动能。

原理中性原子或分子失去电子成为正离子的过程。处于基态的中性原子（或分子）受到电子、正离子、其他原子碰撞或吸收光子而获得一定能量时，将跃迁到较高能态。这时原子被激发，称为受激原子，当原子获得更大能量时，可能有一个或多个电子脱离核的束缚成为自由电子，使原子（或分子）成为带正电荷的系统，称为正离子。这种过程称电离或离化。

失去一个电子的原子称为一次离化原子，失去两个电子的原子称为二次离化原子……。当所有电子都失去时，原子被完全离化。速度不大的自由电子可能附着在某些中性原子上，这种有一个或多个附加电子的原子，称为负离子。

正离子和负离子统称为离子。气体中大量原子被电离时，在外场作用下,正离子和自由电子将朝相反方向运动形成电流,气体因而失去绝缘特性，成为具有导电性的所谓电离气体。电离气体中带电粒子同原子、分子以及电磁场之间的复杂相互作用，使它成为一个内容丰富并有广泛技术应用的研究领域。