RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 2, 2026
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Cтатьи, принятые к публикации
Обзоры актуальных проблем


Атом в интенсивных лазерных полях: от генерации когерентного коротковолнового излучения к нелинейным свойствам газовой среды

 а, б,  а, б, в
а Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Воробьевы горы, Москва, 119991, Российская Федерация
б Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», пл. акад. Курчатова 1, Москва, 123182, Российская Федерация
в Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация

Взаимодействие интенсивных лазерных полей с веществом сопровождается множеством явлений: от генерации когерентного излучения различных спектральных диапазонов (от терагерцового до мягкого рентгеновского) до создания пучков ускоренных заряженных частиц и микромодификации объема и поверхности различных образцов. Для описания такого многообразия явлений к настоящему времени развит ряд теоретических подходов, которые, используя различные приближения к описанию данной сложной нелинейной задачи, позволяют объяснять некоторые конкретные аспекты такого взаимодействия. Развитые теоретические подходы рассматривают его как на микроскопическом уровне, изучая особенности взаимодействия одиночных атомов с лазерными полями, так и на макроскопическом, при котором анализируются нелинейные восприимчивости, описывающие нелинейную поляризацию среды при распространении лазерного излучения в ней. В настоящей работе представлен обзор некоторых, наиболее часто применяющихся теоретических подходов к описанию отклика среды на микроскопическом (квантово-механическом) уровне, а также различные методы управления свойствами генерируемого когерентного излучения. Описана модель газовой среды, которая, с одной стороны, учитывает особенности отклика одиночных атомов, а, с другой стороны, позволяет участь эффекты фазового и квазифазового согласования при генерации излучения. Проанализировано влияние параметров среды на эффективность генерации и поляризационные свойства генерируемого излучения как в условиях фазового, так и квазифазового согласования. Представлено детальное описание аналитического метода расчета нелинейной восприимчивости газовой среды. Полученные значения нелинейной восприимчивости среды произвольного порядка могут быть полезными при численном расчете распространения лазерного излучения в веществе. Проанализированы различные каналы генерации излучения при вариации параметров лазерного поля.

Ключевые слова: взаимодействие интенсивного лазерного излучения с веществом, генерация гармоник высокого порядка, фазовый синхронизм, непертурбативная теория, нелинейная восприимчивость среды
PACS: 42.65.Ky, 42.65.Re, 42.25.Ja, 42.65.−k (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.09.040041
Цитата: Львов К В, Стремоухов С Ю "Атом в интенсивных лазерных полях: от генерации когерентного коротковолнового излучения к нелинейным свойствам газовой среды" УФН, принята к публикации

Поступила: 11 июля 2025, доработана: 23 сентября 2025, 28 сентября 2025

English citation: L’vov K V, Stremoukhov S Yu “Atom in intense laser fields: from the generation of coherent short-wavelength radiation to the nonlinear properties of the gas medium” Phys. Usp., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2025.09.040041

Список литературы (200) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Мощные пико- и фемтосекундные лазерные системы; вещество в сверхсильных световых полях Т. 4 (Ред. Ахманов С А) (М.: ВИНИТИ, 1991)
  2. Borrego-Varillas R, Lucchini M, Nisoli M Rep. Prog. Phys. 85 066401 (2022)
  3. Hassan M Th ACS Photonics 11 334 (2024)
  4. Arkhipov R Sci. Rep. 11 1961 (2021)
  5. Бломберген Н Нелинейная оптика (М.: Мир, 1986)
  6. Беленов Э М, Назаркин А В Письма в ЖЭТФ 51 252 (1990)
  7. Маймистов А И Квантовая электроника 30 287 (2000)
  8. Козлов C A Оптика и спектроскопия 79 290 (1995)
  9. Камчатнов А М УФН 191 52 (2021); Kamchatnov A M Phys. Usp. 64 48 (2021)
  10. Розанов Н Н, Архипов М В, Архипов Р М УФН 194 1196 (2024); Rozanov N N, Arkhipov M V, Arkhipov P M Phys. Usp. 67 1129 (2024)
  11. Сазонов С В Письма в ЖЭТФ 102 951 (2015)
  12. Делоне Н Б, Крайнов В П Атом в сильном световом поле (М.: Энергоатомиздат, 1984)
  13. Федоров М В Электрон в сильном световом поле (М.: Наука, 1991)
  14. Коротеев Н И, Шумай И Л Физика мощного лазерного излучения (М.: Наука, 1991)
  15. Делоне Н Б Взаимодействие лазерного излучения с веществом (М.: Наука, 1989)
  16. Делоне Н Б, Крайнов В П Основы нелинейной оптики атомарных газов (М.: Наука, 1986)
  17. Ильинский Ю А, Келдыш Л В Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом (М.: МГУ, 1989)
  18. Рапопорт Л П, Зон Б А, Манаков Н Л Теория многофотонных процессов в атомах (М.: Атомиздат, 1978)
  19. Ganeev R A Resonance Enhancement in Laser-Produced Plasmas : Concepts and Applications (N.Y.: Wiley, 2018)
  20. Ganeev R A Frequency Conversion of Ultrashort Pulses in Extended Laser-Produced Plasmas (N.Y.: Springer, 2016)
  21. Ganeev R A High-Order Harmonic Generation in Laser Plasma Plumes (London: Imperial College Press, 2012)
  22. Делоне Н Б УФН 120 3 (1976); Delone N B Sov. Phys. Usp. 19 711 (1976)
  23. Делоне Н Б, Крайнов В П УФН 165 1295 (1995); Delone N B, Krainov V P Sov. Phys. Usp. 38 1247 (1995)
  24. Ким А В, Рябикин М Ю, Сергеев А М УФН 169 58 (1999); Kim A V, RyabkM Yu, Sergeev A M Phys. Usp. 42 54 (1999)
  25. Попов В С УФН 174 921 (2004); Popov V S Phys. Usp. 47 855 (2004)
  26. Платоненко В Т, Стрелков В В Квант. электр. 25 582 (1998); Platonenko V T, Strelkov V V Quant. Electr. 28 564 (1998)
  27. Желтиков А М УФН 187 1169 (2017); Zheltikov A M Phys. Usp. 60 1087 (2017)
  28. L<$>ddot {rm o}<$>ffler T Acta Phys. Pol. A 107 99 (2005)
  29. Tzortzakis S Opt. Lett. 27 1944 (2002)
  30. Bartel T Opt. Lett. 30 2805 (2005)
  31. Andreeva V A Phys. Rev. Lett. 116 063902 (2016)
  32. Ушаков А А УФН 194 169 (2024); Ushakov A A Phys. Usp. 67 157 (2024)
  33. Yang S-H IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 4 575 (2014)
  34. Пономарёв Д С УФН 194 2 (2024); Ponomarev D S Phys. Usp. 67 3 (2024)
  35. Zhang X C, Shkurinov A P, Zhang Y Nat. Photon. 11 16 (2017)
  36. Кучиев М Ю Письма в ЖЭТФ 45 319 (1987)
  37. Corkum P B Phys. Rev. Lett. 71 1994 (1993)
  38. Платоненко В Т Квант. электр. 31 55 (2001)
  39. Schafer K J Phys. Rev. Lett. 70 1599 (1993)
  40. Sch<$>ddot {rm o}<$>tz J Phys. Rev. X 10 041011 (2020)
  41. Ганеев Р A УФН 183 815 (2013); Ganeev R A Phys. Usp. 56 772 (2013)
  42. Vampa G Opt. Express 26 12210 (2018)
  43. Goulielmakis E, Brabec T Nat. Photon. 16 411 (2022)
  44. Weissenbilder R Nat. Rev. Phys. 4 713 (2022)
  45. Ganeev R A Appl. Phys. B 129 17 (2023)
  46. Sch<$>ddot {rm u}<$>tz G,Kn<$>ddot {rm o}<$>lle M, Ebert H Phys. Scr. 1993 302 (1993)
  47. St<$>ddot {rm o}<$>hr J Science 259 658 (1993)
  48. Eisebitt S Nature 432 885 (2004)
  49. Burnett N H Appl. Phys. Lett. 31 172 (1977)
  50. McLean E A Appl. Phys. Lett. 31 825 (1977)
  51. Carman R L, Rhodes C K, BenjamR F Phys. Rev. A 24 2649 (1981)
  52. Reitze D H Opt. Lett. 29 86 (2004)
  53. Kazamias S Nat. Phys. 6 927 (2010)
  54. Fareed M A Phys. Rev. Lett. 121 023201 (2018)
  55. Ганеев Р А УФН 179 65 (2009); Ganeev R A Phys. Usp. 52 55 (2009)
  56. Ghimire S Nat. Phys. 7 138 (2011)
  57. Ghimire S, Reis D A Nat. Phys. 15 10 (2019)
  58. Dromey B Nat. Phys. 2 456 (2006)
  59. Schweigert I V, Mukamel S Phys. Rev. Lett. 99 163001 (2007)
  60. Mitrofanov A V Opt. Lett. 40 2068 (2015)
  61. Tate J Phys. Rev. Lett. 98 013901 (2007)
  62. Frolov M V, Manakov N L, Starace A F Phys. Rev. Lett. 100 173001 (2008)
  63. Frolov M V Phys. Rev. A 92 023409 (2015)
  64. Emelina A S, EmelM Y, RyabikM Y Phys. Rev. A 93 043802 (2016)
  65. TaranukhV D Laser Phys. 10 330 (2000)
  66. Walser M W Phys. Rev. Lett. 85 5082 (2000)
  67. Chiril<$>check {rm a}<$>C C Phys. Rev. A 66 063411 (2002)
  68. Emelina A S, EmelM Y, RyabikM Y J. Opt. Soc. Am. B 32 2478 (2015)
  69. Peng D Phys. Rev. A 95 033413 (2017)
  70. Brunel F J. Opt. Soc. Am. B 7 521 (1990)
  71. RedkP V, Kodirov M K, Ganeev R A J. Opt. Soc. Am. B 28 165 (2011)
  72. LaryushI D Opt. Lett. 50 2207 (2025)
  73. Sali<$>grave {rm e}<$>res P, L'Huillier A, LewensteM Phys. Rev. Lett. 74 3776 (1995)
  74. Balcou P Phys. Rev. A 55 3204 (1997)
  75. Paul A Nature 421 51 (2003)
  76. Willner A Phys. Rev. Lett. 107 175002 (2011)
  77. Migal E A, Stremoukhov S Yu, PotemkF V Phys. Rev. A
  78. Ciriolo A G J. Phys. Photon. 2 024005 (2020)
  79. Seres J Nat. Phys. 3 878 (2007)
  80. Pirri A, Corsi C, Bellini M Phys. Rev. A 78 011801 (2008)
  81. Hareli L, Shoulga G, Bahabad A J. Phys. B 53 233001 (2020)
  82. Lambert G Nat. Comm. 6 6167 (2015)
  83. Willems F Phys. Rev. B
  84. Alves C Phys. Rev. B 100 144421 (2019)
  85. Antoine P Phys. Rev. A 53 1725 (1996)
  86. Weihe F A, Bucksbaum P H J. Opt. Soc. Am. B 13 157 (1996)
  87. Shan B, Ghimire S, Chang Z Phys. Rev. A
  88. Zhang G P, George Th F Phys. Rev. A 74 023811 (2006)
  89. Liu C Phys. Rev. A 97 063412 (2018)
  90. Flettner A Eur. Phys. J. D 21 115 (2002)
  91. M<$>ddot {rm o}<$>ller M Phys. Rev. A
  92. Li Y Opt. Express 21 4896 (2013)
  93. Kakehata M Phys. Rev. A
  94. Ivanov M Yu, Brabec T, Burnett N Phys. Rev. A 54 742 (1996)
  95. Wang B Phys. Rev. A 103 053119 (2021)
  96. Fleischer A Nat. Photon. 8 543 (2014)
  97. Ferr<$>acute {rm e}<$> A Nat. Photon. 9 93 (2015)
  98. Lehmeier H J, Leupacher W, Penzkofer A Optics. Comm. 56 67 (1985)
  99. Shaw M J, Hooker C J, Wilson D C Optics. Comm. 103 153 (1993)
  100. Lundeen T, Hou S-Y, Nibler J W J. Chem. Phys. 79 6301 (1983)
  101. Ахманов С А, Хохлов Р В Проблемы нелинейной оптики (М.: АН СССР, Институт научной информации, 1964)
  102. Boyd R W Nonlinear Optics (Oxford: Academic Press, 2008)
  103. Azarenkov A N Quant. Electron. 23 633 (1993)
  104. Dolgaleva K Phys. Rev. A 92 023809 (2015)
  105. TcypkA Phys. Rev. Appl. 15 054009 (2021)
  106. Bree C, Demircan A, Steinmeyer G Phys. Rev. A 85 033806 (2012)
  107. Shelton D P Phys. Rev. A 36 3032 (1987)
  108. Bishop D M, Lam B Phys. Rev. A 37 464 (1988)
  109. Spott A, Jaron-Becker A, Becker A Phys. Rev. A 90 013426 (2014)
  110. Becker W, Milo<$>check {rm s}<$>evic D B Las. Phys. 19 1621 (2009)
  111. Kobe D H Int. J. of Quant. Chem. 12 73 (1978)
  112. Han Y C, Madsen L B Phys. Rev. A 81 063430 (2010)
  113. Gamow G Zeitschrift f 51 204 (1928)
  114. Gurney R W, Condon E U Nature 122 439 (1928)
  115. Zener C Proc. R. Soc. London A 145 523 (1934)
  116. Келдыш Л В ЖЭТФ 33 994 (1957); Keldysh L V Sov. Phys. JETP 6 763 (1958)
  117. Kane E O J. Phys. Chem. Solids 12 181 (1960)
  118. Бонч-Бруевич М A, Ходовой В А УФН 85 5 (1965); Bonch-Bruevich A M, Khodovoi V A Sov. Phys. Usp. 8 1 (1965)
  119. Гладун А Д, Барашев П П УФН 98 493 (1969); Gladun A D, Barashev P P Sov. Phys. Usp. 12 490 (1970)
  120. Келдыш Л В ЖЭТФ 47 1945 (1964); Keldysh L V Sov. Phys. JETP 20 1307 (1965)
  121. Wolkow D M Zeitschrift f 94 250 (1935)
  122. Ксионг В, Чин С Л ЖЭТФ 99 481 (1991)
  123. Fittinghoff D N Phys. Rev. Lett. 69 2642 (1992)
  124. Moshammer R Phys. Rev. Lett. 84 447 (2000)
  125. Mohideen U Phys. Rev. Lett. 71 509 (1993)
  126. Никишов А И, Ритус В И ЖЭТФ 50 255 (1966)
  127. Переломов А М, Попов В С, Терентьев М В ЖЭТФ 50 1393 (1966)
  128. Переломов А М, Попов В С, Терентьев М В ЖЭТФ 51 309 (1966)
  129. Переломов А М, Попов В С ЖЭТФ 52 514 (1967)
  130. Аммосов М В, Делоне Н Б, Крайнов В П ЖЭТФ 91 2008 (1986)
  131. Faisal F H M J. Phys. B 89 (1973)
  132. Reiss H R Phys. Rev. A 22 1786 (1980)
  133. Reiss H R Prog. Quant. Electron. 16 1 (1992)
  134. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С Письма в ЖЭТФ 88 495 (2008)
  135. Гладков С М, Коротеев Н И УФН 160 105 (1990); Gladkov S M, Koroteev N I Sov. Phys. Usp. 33 554 (1990)
  136. Стрелков В В УФН 186 449 (2016); Strelkov S M, Koroteev N I Phys. Usp. 59 425 (2016)
  137. LewensteM Phys. Rev. A 49 2117 (1994)
  138. LewensteM, Salieres P, L'Huillier A Phys. Rev. A 52 4747 (1995)
  139. Gaarde M B Phys. Rev. A 59 1367 (1999)
  140. Khokhlova M A, Strelkov V V Phys. Rev. A 93 043416 (2016)
  141. Becker W, Long S, McIver J K Phys. Rev. A 50 1540 (1994)
  142. Becker W Phys. Rev. A 56 645 (1997)
  143. Strelkov V V Phys. Rev. A 74 013405 (2016)
  144. Salieres P Science 292 902 (2001)
  145. Strelkov V V Phys. Rev. Lett. 104 123901 (2010)
  146. Kulander K C Phys. Rev. A 35 445 (1987)
  147. Kulander K C, Schafer K J, Krause J L Phys. Rev. Lett. 66 2601 (1991)
  148. Im K, Grobe R, Eberly J H Phys. Rev. A 49 2853 (1994)
  149. Gajda M, Piraux B, Rzazewski K Phys. Rev. A 50 2528 (1994)
  150. Telnov D A, Chu S I Phys. Rev. A 71 013408 (2005)
  151. Le A T J. Phys. B 41 081002 (2008)
  152. Lagmago Kamta G, Bandrauk A D Phys. Rev. A 71 053407 (2005)
  153. Ivanov I A, Kheifets A S Phys. Rev. A 79 053827 (2009)
  154. He F, Ruiz C, Becker A Phys. Rev. A 75 053407 (2007)
  155. Clementi E, Roetti C At. Data Nucl. Data Tables 14 177 (1974)
  156. Bachau H Rep. Prog. Phys. 64 1815 (2001)
  157. Cormier E, Lambropoulos P J. Phys. B 30 77 (1997)
  158. Chen S Phys. Rev. A 86 013410 (2012)
  159. Javanainen J, Eberly J H, Su Q Phys. Rev. A 38 3430 (1988)
  160. Волкова Е А ЖЭТФ 129 48 (2006)
  161. Волкова Е А, Попов А М, Тихонова О В ЖЭТФ 113 593 (1998)
  162. Andreev A V, Stremoukhov S Y, Shoutova O A Eur. Phys. J. D 66 16 (2012)
  163. Ganeev R A Eur. Phys. J. D 74 199 (2020)
  164. Andreev A V, Stremoukhov S Y Phys. Rev. A 87 053416 (2013)
  165. Stremoukhov S Y Phys. Rev. A 94 013855 (2016)
  166. Stremoukhov S J. Opt. Soc. Am. B 39 1203 (2022)
  167. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Теоретическая физика : Квантовая механика ( нерелятивистская теория ) (М.: Физматлит, 2002)
  168. Moore С E, Merrill P W Partial Grotrian diagrams of astrophysical interest (1968)
  169. Bethe H, Salpeter E Quantum Mechanics of One- and Two-Electron Atoms (Berlin: Academic Press Inc., 1957)
  170. Andreev A V Eur. Phys. J. D 67 22 (2013)
  171. Andreev A V, Stremoukhov S Yu, Shoutova O A J. Opt. Soc. of Am. B 30 1794 (2013)
  172. Shafir D New J. Phys. 12 073032 (2010)
  173. Popmintchev T Proc. Nat. Acad. Sci. USA 106 10516 (2009)
  174. Stremoukhov S Yu, Yakovlev A A, Andreev A V Las. Phys. Lett. 17 085405 (2020)
  175. Mahieu B Phys. Rev. A 97 043857 (2018)
  176. Андреев А В, Стремоухов С Ю, Шутова О А Опт. и спектр. 112 454 (2012)
  177. Stremoukhov S Yu, Andreev A V Las. Phys. 28 035403 (2018)
  178. Kolesik M, Moloney J V Rep. Prog. Phys. 77 016401 (2014)
  179. B<$>ddot {rm o}<$>rzs<$>ddot {rm o}<$>nyi A Opt. Expr. 18 25847 (2010)
  180. B<$>ddot {rm o}<$>rzs<$>ddot {rm o}<$>nyi A
  181. Lambert G Sci. Rep. 5 7786 (2015)
  182. Ganeev R A Phys. Rev. A 83 063837 (2011)
  183. Catoire F Phys. Rev. A 94 063401 (2016)
  184. Carlstrom S New J. Phys. 18 123032 (2016)
  185. Zair A Phys Rev. Lett. 100 143902 (2008)
  186. Takahashi E J. Opt. Soc. Am. B 20 158 (2003)
  187. Ganeev R A J. Phys. B 49 095402 (2016)
  188. Ganeev R A, Suzuki M, Kuroda H Phys. Rev. A 89 033821 (2014)
  189. Ganeev R A Appl. Sci. 9 1701 (2019)
  190. Stremoukhov S Atoms 11 103 (2013)
  191. Румянцев Б В Письма в ЖЭТФ 115 431 (2022)
  192. Riedel D Rev. Sci. Instrum. 72 1977 (2001)
  193. Popmintchev T Science 336 1287 (2012)
  194. Стремоухов С Ю Письма в ЖЭТФ 121 18 (2025)
  195. Lvov K, Stremoukhov S Opt. Lett. 50 3740 (2025)
  196. Stremoukhov S Yu, Ganeev R A, Andreev A V Springer Proc. Phys. 241 99 (2020)
  197. Stremoukhov S, Ganeev R, Andreev A Eur. Phys. J. Web Conf. 220 01013 (2019)
  198. Zhvaniya I A J. Phys. 1692 012017 (2020)
  199. Andreev A V IEEE Trans. on Terah. Sci. and Techn. 10 85 (2020)
  200. Lambert G Nat. Phys. 4 296 (2008)
© Успехи физических наук, 1918–2026
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение