Dynamics of populations in hydrogen atom under the action of ultra-short laser pulse

Abstract

We present the results of the research of population dynamics in a hydrogen atom driven by a ultra-short laser pulse. The possibility to produce a wave packet of Rydberg states with high values of orbital and magnetic quantum numbers is studied numerically depending on the pulse duration and intensity. To describe the atom-field interaction three models were compared, namely, the one with discrete spectrum states only, the one with resonance bound states and continuum, and the one with non-resonance discrete spectrum states having high values of orbital and magnetic quantum numbers also taken into account. The wave packet formation is simulated by direct numerical solution of the Schrodinger equation using a large number of basis states both of discrete and continuous spectrum. The continuous spectrum is approximated by a large finite number of states separated by a small wavenumber interval. The role of continuum is shown to be principal in the population dynamics and the wave packed formation.

Репрезентовані результати дослідження динаміки заселеності в атомі водню під дією ультракороткого лазерного імпульсу. Чисельно вивчається можливість одержання хвильових пакетів рідбергівських станів з великими значеннями орбітального та магнітного квантових чисел в залежності від тривалості та інтенсивності імпульсу. Для того щоб описати взаємодію атома і поля, порівнювались три моделі, а саме: модель яка, має в собі тільки дискретний спектр, модель з резонансним станом і неперервним спектром і модель, яка враховує також нерезонансні стани дискретного спектру, що мають великі значення орбітального й магнітного квантових чисел. Формування хвильового пакету моделюється прямим чисельним рішенням рівняння Шредингера, використовуючи велике число базисних станів як дискретного, так і неперервного спектру. Неперервний спектр апроксимується великим кінцевим числом станів, розділених малими інтегралами хви-льового числа. Показано, що роль неперервного спектру є принциповою в динаміці заселеностей і формування хвильового пакету.

Представлены результаты исследования динамики заселенностей в атоме водорода под действием ультракороткого лазерного импульса. Численно изучается возможность получения волновых пакетов ридберговских состояний с большими значениями орбитального и магнитного квантовых чисел в зависимости от продолжительности и интенсивности импульса. Для того чтобы описать взаимодействие атома и поля, сравнивались три модели, а именно: модель, включающая только дискретный спектр, модель с резонансными состояниями и непрерывным спектром и модель, учитывающая также нерезонансные состояния дискретного спектра, имеющие большие значения орбитального и магнитного квантовых чисел. Формирование волнового пакета моделируется прямым численным решением уравнения Шрёдингера, используя большое число базисных состояний как дискретного, так и непрерывного спектра. Непрерывный спектр аппроксимируется большим конечным числом состояний, разделенных малыми интервалами волнового числа. Показано, что роль непрерывного спектра является принципиальной в динамике заселенностей и формирования волнового пакета.