J. Phys. France 44, 1247-1255 (1983)
DOI: 10.1051/jphys:0198300440110124700

Laser pulse duration effects in Xe2+ ions induced by multiphoton absorption at 0.53 μm

A. L'Huillier, L.A. Lompre, G. Mainfray et C. Manus

Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, Service de Physique des Atomes et des Surfaces, 91191 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
Xe2+ ions can easily be formed by multiphoton absorption in Xe atoms at 0.53 μm. At low laser intensities, a laser-Xe atom interaction takes place which generates Xe2+ ions through a 15-photon absorption from Xe atoms. At higher intensities, a laser-Xe+ ion interaction takes place, generating Xe2+ ions through a 10-photon absorption from the Xe+ ion in its ground state. The former process is very sensitive to the laser pulse duration in the 5-200 ps range used here. As an example, the number of Xe2+ ions is increased by a factor of 30 when the pulse duration is decreased from 30 to 5 ps. The laser intensity at which this occurs is approximately 1012 W . cm- 2. A kinetic model is developed which is based on the rate equations describing the evolution of populations of Xe atoms, Xe + and Xe2+ ions. The result is that the ratio of the number of Xe2+ to Xe+ ions varies with the pulse duration τ as τ-3/2.

Résumé
L'ionisation multiphotonique d'atomes de xénon à 0,53 μm produit des ions Xe2+. Deux processus différents donnent naissance à ces ions Xe2+. A faible éclairement laser, ils sont formés par absorption de 15 photons lors d'une interaction laser-atomes de xénon. Puis en augmentant l'éclairement laser, les ions Xe2+ résultent d'une interaction laser-ions Xe+ par absorption de 10 photons à partir de l'ion Xe + dans son état fondamental. Le premier processus est extrêmement sensible à la durée de l'impulsion laser qu'on a fait varier entre 5 et 200 ps. Ainsi le nombre d'ions Xe 2+ augmente d'un facteur 30 en diminuant la durée de l'impulsion laser de 30 à 5 ps pour un éclairement laser approximativement égal à 1012 W . cm-2. Nous avons développé un modèle théorique basé sur les équations d'évolution des populations des atomes neutres, des ions Xe+ et des ions Xe2+. Ce modèle reproduit très bien les résultats expérimentaux. Le rapport du nombre d'ions Xe2+ au nombre d'ions Xe+ varie avec la durée τ de l'impulsion laser comme τ-3/2.

PACS
3280F - Photoionization of atoms and ions.
3280R - Multiphoton ionization and excitation to highly excited states (e.g., Rydberg states).

Key words
ionisation of atoms -- multiphoton spectra -- photoionisation -- xenon