Theoretical Femtosecond Physics: Atoms and Molecules in Strong Laser Fields

بررسی‌های نظری اتم‌ها و مولکول‌هایی که با لیزرهای موجی پالسی یا پیوسته تا قدرت میدان اتمی در حدود 10^16 W/cm² برهم‌کنش دارند، منجر به درک بسیاری از اکتشافات تجربی چالش‌برانگیز می‌شود. این کتاب به مبانی فیزیک فمتوثانیه می پردازد و به آخرین کاربردهای پدیده های جدید می پردازد. کتاب مقدمه‌ای بر فیزیک لیزر با قفل کردن حالت و عملیات لیزر پالسی ارائه می‌کند. حل معادله شرودینگر وابسته به زمان هم به صورت تحلیلی و هم به صورت عددی مورد بحث قرار می گیرد. مبنای درمان غیر اغتشاشی برهمکنش لیزر-ماده در کتاب، حل عددی معادله شرودینگر وابسته به زمان است. میدان نور به صورت کلاسیک بررسی می شود و سنج های ممکن مختلف مورد بحث قرار می گیرند. پدیده‌های فیزیکی، از نوسانات رابی در سیستم‌های دو سطحی گرفته تا یونیزاسیون اتم‌ها، تولید هارمونیک‌های بالا، یونیزاسیون و تفکیک مولکول‌ها و همچنین کنترل واکنش‌های شیمیایی ارائه شده و در سطح بنیادی مورد بحث قرار گرفته‌اند. به این ترتیب پیش زمینه نظری برای آزمایش های پیشرفته با پالس های لیزری قوی و کوتاه ارائه می شود. متن با بیش از سی تمرین تقویت شده است که راه حل های کار شده آنها در فصل آخر آورده شده است. برخی از محاسبات دقیق در پیوست ها انجام شده است. علاوه بر این، هر فصل با ارجاع به ادبیات تخصصی تر به پایان می رسد.

Theoretical investigations of atoms and molecules interacting with pulsed or continuous wave lasers up to atomic field strengths on the order of 10^16 W/cm² are leading to an understanding of many challenging experimental discoveries. This book deals with the basics of femtosecond physics and goes up to the latest applications of new phenomena. The book presents an introduction to laser physics with mode-locking and pulsed laser operation. The solution of the time-dependent Schrödinger equation is discussed both analytically and numerically. The basis for the non-perturbative treatment of laser-matter interaction in the book is the numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation. The light field is treated classically, and different possible gauges are discussed. Physical phenomena, ranging from Rabi-oscillations in two-level systems to the ionization of atoms, the generation of high harmonics, the ionization and dissociation of molecules as well as the control of chemical reactions are presented and discussed on a fundamental level. In this way the theoretical background for state of the art experiments with strong and short laser pulses is given. The text is augmented by more than thirty exercises, whose worked-out solutions are given in the last chapter. Some detailed calculations are performed in the appendices. Furthermore, each chapter ends with references to more specialized literature.