Techniklexikon

Above-Threshold-Ionisation

ATI, spezielle Form der Photoionisation, bei der das Atom mehr Photonen aufnimmt, als zum Erreichen der Ionisationschwelle notwendig wären. Dieser Effekt tritt bei Atomen in starken gepulsten Laserfeldern auf (vor allem bei Pulslängen im ps- und fs-Bereich), da hier sehr hohe Photonenflussdichten herrschen können. In einem Energiespektrum der Photoelektronen treten also neben den Photoelektronen erster Ordnung, die nur so viele Photonen absorbieren, wie zur Ionisation notwendig sind, weitere Elektronen auf mit Energien, die gerade um Vielfache der Energie eines Photons höher liegen als die der Elektronen erster Ordnung. Der Grund ist, dass die Energie der überschüssigen, absorbierten Photonen direkt in kinetische Energie der Photoelektronen umgesetzt wird. Ist E_B die Bindungsenergie eines emittierten Elektrons so gilt für dessen kinetische Energie: , wobei h n die Energie eines Photons und N die Zahl der absorbierten Photonen ist. N muss mindestens so gross sein, dass N h n > E_B ist. Ein solches Energiespektrum für Xenon-Atome, die mit einem fs-Titan-Saphir-Laser ionisiert wurden zeigt die Abbildung.

Above-Threshold-Ionisation: Photoelektronenspektrum von Xenon, das mit einem gepulsten Titan-Saphir-Laser ionisiert wurde. Das erste Maximum wird erzeugt von Elektronen, die so viele Photonen absorbieren, wie zur Ionisation mindestens notwendig sind. Die weiteren Maxima sind Elektronen, die durch Above-Threshold-Ionisation erzeugt wurden. Die Energiedifferenz dieser Maxima entspricht gerade der Photonenenergie E = 1,55 eV des Lasers.