Limiting cross sections for multiphoton coupling

K. Boyer, H. Jara, T.S. Luk, I.A. McIntyre, A. McPherson, R. Rosman, C.K. Rhodes
1987 Revue de Physique Appliquée  
2014 La possibilité de disposer de sources ultraviolettes femtosecondes extraordinairement brillantes fait que l'étude des réponses atomiques non linéaires s'étend rapidement au régime inexploré impliquant des intensités de l'ordre de ~ 1020 W/cm2. Une estimation est faite, couvrant environ 10 ordres de grandeur en intensité, de la section efficace effective ~03C3N03B3~ du transfert d'énergie non linéaire vers des atomes soumis à une irradiation subpicoseconde. Ce traitement qui comprend : a)
more » ... s mesures de seuil pour les premières étapes d'ionisation au régime de faible intensité ( 1014 W/cm2), b) la section efficace moyenne déterminée expérimentalement pour le tranfert total d'énergie à intensité intermédiaire (~ 1016 W/cm2) et c) des estimations théoriques pour le régime en champ fort (> 1019 W/cm2), indique que la section efficace pour le transfert d'énergie, dans la limite de hautes intensités (> 1019 W/cm2) et Z élevé, tombe dans une gamme relativement étroite entre des bornes supérieures et inférieures établies de manière simple. Les valeurs de ces limites sont : 03C3m = 8 03C0 03BB2c (supérieure) et la grandeur de la section efficace totale de photo-absorption de Cf sur le bord K (inférieure). En se basant sur cette analyse, on s'attend à ce que la section efficace maximum pour les atomes lourds dans la limite d'intensité élevée soit approximativement ~03C3N03B3~m ax ~ 10-20 cm2, valeur qui représente un taux de transfert d'énergie de ~ 1 W/atome pour une intensité supposée de 1020 W/cm2. Un couplage de cette intensité devrait permettre la création d'états de la matière hautement énergétiques et fortement non équilibrés, et conduit à la conclusion que l'émission stimulée dans le domaine des rayons X peut être générée par ces moyens. Abstract. 2014 The availability of extraordinarily bright femtosecond ultraviolet sources is rapidly extending the study of nonlinear atomic responses into an unexplored regime involving intensities in the range of 1020 W/cm2. An estimate is made, covering approximately ten orders of magnitude in intensity, of the effective cross section ~03C3N03B3~ for nonlinear energy transfer to atoms undergoing subpicosecond irradiation. This treatment, which includes : (a) threshold measurements for low stages of ionization in the low intensity regime ( 1014 W/cm2), (b) the experimentally determined average cross section for total energy transfer at an intermediate intensity (~ 1016 W/cm2), and (c) theoretical estimates for the strong field regime (> 1019 W/cm2), indicates that the cross section for energy transfer in the high intensity (> 1019 W/cm2) high Z limit falls in a relatively narrow range between simply established upper and lower bounds. The values of these limits are 03C3m = 8 03C0 03BB2c (upper) and the magnitude of the total photoabsorption cross section of Cf at the K edge (lower). Based on this analysis, the maximum cross section for heavy atoms in the high intensity limit is expected to be approximately ~03C3N03B3~max ~ 10-20 cm2, a value which represents an energy transfer rate of 1 W/atom for an assumed intensity of 1020 W/cm2. Coupling of this strength would enable the creation of highly energetic and strongly nonequilibrium states of matter and motivates the conclusion that stimulated emission in the X-ray range can be generated by these means.
doi:10.1051/rphysap:0198700220120179300 fatcat:ia34y3knh5dglnxd7i3smfei3q