Techniklexikon

Multiphotonenionisation

Atom- und MolekülphysikOptik, 1) Atomphysik: MPI, Prozess der Ionisation von Atomen oder Molekülen, bei dem gleichzeitig mehrere Photonen absorbiert werden. Die Summe der Energien der absorbierten Photonen muss dabei grösser sein als die Ionisationsenergie des Atoms oder Moleküls. Die Überschussenergie wird als kinetische Energie der Bruchstücke des Ionisationsprozesses frei.

Man unterscheidet im wesentlichen zwei Formen der MPI: 1) Bei der resonanten MPI wird mindestens einer der Zwischenzustände resonant angeregt (siehe Abb. 1b für die Zwei-Photonen-Ionisation). Dabei regt das erste absorbierte Photon den Zwischenzustand  an. 2) Bei der nicht-resonanten MPI ist kein Anregungsschritt resonant mit einem Zwischenzustand des Teilchens (siehe Abb. 1a).

Die Rate R_N, mit der ein N-Photonen-Ionisationsprozess abläuft, ist proportional der N-ten Potenz der Flussdichte F der Photonen durch die Targetfläche: . Dabei ist s_N der verallgemeinerte Wirkungsquerschnitt der N-Photonen-Ionisation. Bei gegebenen experimentellen Bedingungen ist die Rate des Prozesses, der mit der niedrigsten Anzahl von Photonen energetisch erlaubt ist, am grössten.

Allgemein benötigt man für MPI-Prozesse hohe Leistungen der elektromagnetischen Strahlung. Dies lässt sich z.B. durch die Verwendung gepulster Laser mit Pulslängen im ns-, ps- oder fs-Bereich erreichen.

2) Optik: nichtlinearer optischer Effekt höherer Ordnung; hierbei werden bei extrem hohen Bestrahlungsstärken (>10¹¹ W / cm²) Atome und Moleküle ionisiert, so dass zum Beispiel im Fokus einer Linse durch Ionisation des Stickstoffs der Luft ein Plasma entstehen kann.

Multiphotonenionisation: Schematische Darstellung. a) nicht-resonante MPI, b) resonante MPI.