Das Ionisierungsverhalten kleiner Moleküle (insbesondere H2 und NH3) in intensiven, ultrakurzen Laserfeldern wird theoretisch untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Einfluss der Kerndynamik. Zunächst wird das Ionisierungsverhalten des H2-Moleküls bei eingefrorener Kernschwingung untersucht. Bereits im Rahmen dieser Näherung kann im Mehrphotonenregime ein zuvor beobachteter Zusammenbruch der Näherung im Gleichgewichtsabstand festgehaltener Kerne erklärt werden. Weiterhin wird der Übergang vom Mehrphotonen zum quasistatischen Ionisierungsregime für 800-nm-Laserfelder untersucht. Eine neuartige Methode zur Beschreibung der korrelierten Schwingungs- und Elektronendynamik des H2-Moleküls (7D) wird entwickelt. Mit dieser Methode wird schließlich der Einfluss der Kernbewegung während des Laserfeldes auf das Ionisierungsverhalten untersucht. Es wird ein sichtbarer Einfluss auf den zuvor diskutierten Zusammenbruch der Näherung festgehaltener Kerne beobachtet. Dies gilt ebenfalls für einen vor kurzem experimentell beobachteten Isotopeneffekt in der Ionisierung der Moleküle H2 vs. D2 untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Ionisierungsverhalten des NH3-Moleküls untersucht. Die Möglichkeit, die Kerngeometrieabhängigkeit zur Erzeugung und Messung von Schwingungswellenpaketen im neutralen NH3-Molekül mittels Lochfraß auszunutzen, wird untersucht. Das erwartete Schwingungsverhalten und die dafür optimalen Laserparameter werden aufgezeigt. Zusätzlich wird die Möglichkeit des Filmens eines tunnelnden Kernwellenpakets im Doppelmuldenpotential entlang der Schwingungskoordinate untersucht. In der Tat sollte die Verwendung extrem kurzer Laserfelder das Drehen eines Echtzeit-Filmes dieses quantenmechanischen Tunnelprozesses ermöglichen. Abschließend werden die Winkelabhängigkeit der Ionisierungswahrscheinlichkeit von NH3 (ähnelt Orbitalgeometrie) sowie elliptisch polarisierte Laserfelder untersucht. / The ionization behavior of small molecules (especially H2 and NH3) exposed to intense, ultrashort laser fields is investigated theoretically. The focus lies on the influence of nuclear dynamics on this ionization behavior. The ionization behavior of the H2 molecule is first examined within the frozen-nuclei approximation. A previously reported pronounced breakdown of the fixed-nuclei approximation can be explained already within this level of approximation. Furthermore, the transition from the multiphoton to the quasistatic ionization regime is studied for 800 nm laser pulses. A novel approach for the correlated description of the electronic-vibrational motion of the H2 molecule (7D) is developed. The influence of vibrational dynamics during the laser field on the ionization behavior is investigated using this method. A pronounced difference on the previously discussed breakdown of the fixed-nuclei approximation is observed. The vibrational dynamics also lead to a notable change for a recently experimentally observed isotope effect in the ionization of the molecular isotopes H2 vs. D2. The ionization behavior of the NH3 molecule is studied in the second part of this thesis. The possibility to exploit the geometry dependence of the ionization yield in order to create and measure vibrational wave packets in the neutral NH3 molecule via Lochfraß is explored. The expected vibrational dynamics and the optimal laser parameters to observe this effect are demonstrated. Furthermore, the possibility to shoot a "movie" of a tunneling wave packet in the double-well potential along the vibrational coordinate is investigated. Indeed, extremely short laser fields should allow creating a real-time movie of the quantum-mechanical tunneling process. Finally, the orientation dependence of the ionization yield of the NH3 molecule (reflecting the orbital shape) and elliptically polarized laser fields are studied.

In dieser Arbeit wird eine, zeitabhängige, nicht störungstheoretische numerische Methode entwickelt, welche Ionisation und Anregung von Atomen oder Molekülen in Stößen mit entweder PB oder P beschreibt und auf der impact-parameter Methode basiert. Es wird eine spektrale close-coupling Methode verwendet, um die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung zu lösen, in welcher die Wellenfunktion in (effektive) Ein- oder Zwei-Elektronen-Eigenzustände des Targets entwickelt wird. Dies beinhaltet auch eine erstmalige volle Zwei-Elektronen-Beschreibung von H2 in PB-Stößen. Rechnungen werden für PB-Stöße mit H, H2+ und H2 sowie He und den Alkaliatomen Li, Na, K und Rb durchgeführt. Daten für P-Stöße werden für H2 und die Alkaliatomen Li, Na und K erzielt. Die Methode wird durch einen detaillierten Vergleich der erhaltenen Ergebnisse für P-Stöße und für PB + He mit Literaturdaten verifiziert. Andererseits ergänzen die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte für Ionisation und Anregung der Targets in PB-Stößen die spärliche Literatur. Sowohl die Resultate für verschiedene Targets als auch für PB- und P-Stöße werden miteinander verglichen. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von PB + H2, welche die Abhängigkeit der Wirkungsquerschnitte vom Kernabstand und von der relativen Ausrichtung der molekularen Achse beinhaltet. Weiterhin werden Ergebnisse mit Ein-Elektronen-Modellpotentialen erzielt und mit der vollen Zwei-Elektronen-Beschreibung von H2 verglichen. Außerdem werden Energieverluste in PB-Stößen bestimmt. / In this work a nonperturbative, time-dependent numerical approach is developed which describes ionization and excitation of atoms or molecules by either PB or P impact based on the impact-parameter method. A spectral close-coupling method is employed for solving the time-dependent Schrödinger equation in which the scattering wave function is expanded in (effective) one- or two-electron eigenstates of the target. This includes for the first time a full two-electron, two-center description of the H2 molecule in PB collisions. The radial part of the one-electron eigenstates is expanded in B splines while the two-electron basis is obtained with a configuration-interaction approach. Calculations are performed for PB collisions with H, H2+, and H2 as well as with He and alkali-metal atoms Li, Na, K, and Rb. Additionally, data are obtained for P collisions with H2, Li, Na, and K. The developed method is tested and validated by detailed comparison of the present findings for P impacts and for PB + He collisions with literature data. On the other hand, total and differential cross sections for ionization and excitation of the targets by PB impact complement the sparse literature data of this kind. Results gained from different targets as well as from PB and P impact are compared with each other and assessed. Furthermore, results obtained with one-electron model potentials are compared to the full two-electron description of H2. Finally, stopping powers for PB impacts are determined.