Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Journal de physique

Élargissement et déplacement des raies de résonance magnétique causés par une excitation optique

J.P. Barrat, Claude N. Cohen-Tannoudji

Published Jan 1, 1961• 97 citations
Publisher

Abstract

L'effet global des processus d'absorption et d'émission de photons de résonance optique sur l'état fondamental d'un ensemble d'atomes est étudié à partir d'équations d'évolution établies précédemment. On met ces équations sous une forme plus simple grâce à une « approximation séculaire», toujours valable dans les cas pratiques. On tient compte également de l'effet éventuel d'un champ de radiofréquence. Certains résultats sont établis, tels que : la description du pompage optique comme un processus de relaxation dans l'état fondamental ; la possibilité d'une conservation partielle de la cohérence au cours du cycle de pompage ; la prévision de certains déplacements des raies de résonance magnétique sous l'influence de l'excitation optique ; l'expression des signaux de détection optique à partir des éléments de la matrice densité dans l'état fondamental.

DOI
10.1051/jphysrad:01961002207044300

Related papers

Étude du pompage optique dans le formalisme de la matrice densité

J.P. Barrat, Claude N. Cohen-Tannoudji

On étudie de façon détaillée les processus d'absorption et d'émission de photons de résonance optique par un ensemble d'atomes. Le rayonnement est traité quantiquement ; l'ensemble des atomes, représenté par une matrice densité dans l'état excité et l'état fondamental. On montre que sous l'influence de l'excitation lumineuse, l'état fondamental acquiert une durée de vie finie et une self-énergie. Des équations différentielles sont obtenues qui décrivent l'effet des différentes étapes du cycle de pompage optique sur la matrice densité dans l'état fondamental.

Journal de physique•Jan 1, 1961•203 citations

Étude de l'influence de la structure hyperfine du niveau excité sur l'obtention d'une orientation nucléaire par pompage optique

J.C. Lehmann

L'étude de l'orientation nucléaire par pompage optique est faite dans des conditions plus générales que celles envisagées jusqu'à présent. On s'intéresse, en particulier, à l'influence de la grandeur de la structure hyperfine du niveau excité par rapport à sa largeur naturelle, ainsi qu'aux effets du découplage partiel de cette structure hyperfine par le champ magnétique. Le formalisme de la matrice densité permet d'exposer les résultats obtenus sous une forme très générale. Parmi les effets nouveaux prévus, on peut citer la dissymétrie des pompages optiques en σ- et en σ + pour des valeurs intermédiaires du découplage hyperfin. De ce fait résulte la possibilité d'obtenir une orientation nucléaire par pompage optique en lumière naturelle. Par ailleurs, lorsque la structure hyperfine du niveau excité est de l'ordre de grandeur de sa largeur naturelle, l'efficacité du cycle de pompage optique est diminuée. Dans cette même hypothèse, on a pu prévoir l'existence de nouveaux processus produisant le déplacement de la raie de résonance magnétique de l'état fondamental sous l'influence de l'irradiation lumineuse, et apportant des caractères nouveaux à la modulation de la lumière de fluorescence lors d'une expérience de résonance magnétique. Les résultats de cette étude sont explicités dans le cas particulier d'un spin nucléaire I = 1,2. Ce cas correspond aux isotopes 111Cd et 113Cd sur lesquels la présente théorie est en cours de vérification expérimentale.

Journal de physique•Jan 1, 1964•46 citations

Diverses résonances de croisement de niveaux sur des atomes pompés optiquement en champ nul. I. Théorie

Claude N. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, S. Haroche +1 more

La lumière absorbée par une vapeur atomique soumise à un pompage optique transversal varie de manière résonnante lorsqu'on balaie le champ magnétique statique au voisinage du point de croisement en champ nul des sous-niveaux Zeeman de l'état fondamental (effet Hanle). Des résonances analogues apparaissent lorsqu'on effectue le pompage optique transversal de la vapeur atomique dans un champ modulé en amplitude (résonances paramétriques). La très grande finesse des raies ainsi observées sur les atomes alcalins les rend très intéressantes pour la détection et la mesure des champs magnétiques très faibles. On discute les propriétés de ces deux types de résonances et on met en évidence les avantages qu'il y a à utiliser les résonances paramétriques.

Revue de Physique Appliquée•Jan 1, 1970•144 citations

Interprétation quantique des diverses résonances observées lors de la diffusion de photons optiques et de radiofréquence par un atome

Claude N. Cohen-Tannoudji, S. Haroche

On présente une théorie quantique de divers types de résonances apparaissant sur la lumière diffusée par un atome interagissant avec un champ de radiofréquence (cas des expériences de pompage optique longitudinal et transversal). On associe à tout processus de diffusion de photons optiques et de radiofréquence un diagramme de Feynman comportant éventuellement un ou plusieurs états intermédiaires résonnants. On montre que certaines résonances sont dues à l'interférence entre deux diagrammes. Une resommation des diagrammes aux différents ordres permet de rendre compte des élargissements et déplacements radiatifs des résonances.

Journal de physique•Jan 1, 1969•110 citations

EXTENSION A DES NIVEAUX ÉLECTRONIQUES EXCITÉS DE MOLÉCULES DIATOMIQUES DE MÉTHODES DE SPECTROSCOPIE METTANT EN JEU LA VARIATION DE LA POLARISATION DE LA LUMIÈRE ÉMISE SOUS L'INFLUENCE DE CHAMPS EXTÉRIEURS

J.C. Pébay-Peyroula

En Physique de l'atome les méthodes mettant en jeu l'évolution des moments magnétiques d'états excités sous l'influence de champs extérieurs, évolution détectée par l'intermédiaire de la lumière émise, se sont révélées très fécondes. En particulier, par résonance magnétique, par dépolarisation magnétique, par croisements de niveaux, de nombreuses données spectroscopiques ont été obtenues, ainsi que des informations sur les différents processus de collisions atomes-atomes excités. Ces méthodes nécessitent l'obtention d'une anisotropie de la distribution des moments cinétiques dans l'état excité étudié, anisotropie qui peut être obtenue soit par excitation électronique à l'aide d'électrons lents, soit par excitation optique en lumière polarisée [1]. En Physique de l'atome les méthodes mettant en jeu l'évolution des moments magnétiques d'états excités sous l'influence de champs extérieurs, évolution détectée par l'intermédiaire de la lumière émise, se sont révélées très fécondes. En particulier, par résonance magnétique, par dépolarisation magnétique, par croisements de niveaux, de nombreuses données spectroscopiques ont été obtenues, ainsi que des informations sur les différents processus de collisions atomesatomes excités. Ces méthodes nécessitent l'obtention d'une anisotropie de la distribution des moments cinétiques dans l'état excité étudié, anisotropie qui peut être obtenue soit par excitation électronique à l'aide d'électrons lents, soit par excitation optique en lumière polarisée [1]. Divers progrès de la technologie ont permis d'étendre ces méthodes vers des états moléculaires excités, l'anisotropie de l'excitation étant produite soit par voie optique (coïncidence avec une raie atomique, radiation laser, bande moléculaire), soit par excitation électronique, des travaux expérimentaux et théoriques ayant montré cette possibilité [2], [3]. Des expériences ont été réalisées sur H2 [4], NO [5], OH [6], Na2 [7], CS [8], I2 [9]. Quelques exemples sont détaillés afin de montrer les possibilités de la méthode : – L'effet Hanle (dépolarisation magnétique) fournit la valeur du produit gτ (g facteur de Landé, τ durée de vie) dans la mesure où des effets de découplage n'interviennent pas. La discussion est présentée dans le cas des niveaux A2Σ + (ν = 1,K' = 1) J' = 25/2 et J' = 27/2 de NO [5] et de niveaux de I2 [9] excités par voie optique. – Par excitation électronique des travaux ont été faits sur les états électroniques excités 2 p 2 p 1K, 1 s 3 d Σ +g, 1 s 3 p Πu de H2 [4]. L'étude critique de la position et de la forme de raie de la résonance magnétique, ainsi que celle des effets de cascade éventuels, a permis d'évaluer l'écart de structure fine J = 2 ↔ J = 1 trouvé égal à 174 ±10 MHz de l'état 1 s 2 p Πu, K' = 1, ν' = 0 [10]. L'élargissement des courbes de dépolarisation magnétique en fonction de la pression permet d'obtenir des renseignements sur les processus de collision état fondamental-état excité et d'en déterminer les sections efficaces et la durée de vie radiative du niveau. – L'étude de l'intensité et de l'état de polarisation de la lumière émise en présence d'un champ magnétique et d'un champ électrique a été faite dans le cas du niveau A 1Π ν' = 0, pour différentes valeurs de J dans CS [8]. L'étude critique des résultats des différentes expériences (transitions dipolaires électriques de radiofréquence en présence ou non de champ électrique statique, dépolarisation magnétique, dépolarisation en présence de champ électrique, croisements de niveaux en présence de champs électrique et magnétique) a conduit aux valeurs du A doubling, du moment dipolaire électrique et à la durée de vie des états étudiés. L'utilisation, en particulier, de laser à longueur d'onde variable devra permettre l'extension des méthodes d'excitation optique [11], et l'emploi de dispositifs interférentiels pour isoler les transitions étudiées permettra de généraliser à d'autres molécules [12] l'emploi de la méthode d'excitation électronique.

Le Journal de Physique Colloques•Oct 1, 1971•0 citations

Pompage optique des centres F dans KBr

Nikolai V. Karlov, Jean Margerie, Yves Merle d'Aubigné

On a étudié en présence d'un champ magnétique et en lumière polarisée circulairement, l'absorption optique des centres F du KBr. On en a déduit que la bande F possède une structure. La méthode optique utilisée permet d'étudier sur des échantillons très peu concentrés certaines propriétés de l'état fondamental telles que la relaxation spin-réseau. Les conditions d'inversion de populations dans l'état fondamental par pompage optique ont été étudiées en fonction de l'intensité lumineuse et du champ magnétique.

Journal de physique•Jan 1, 1963•69 citations
L'effet global des processus d'absorption et d'émission de photons de résonance optique sur l'état fondamental d'un ensemble d'atomes est étudié à partir d'équations d'évolution établies précédemment. On met ces équations sous une forme plus simple grâce à une « approximation séculaire», toujours valable dans les cas pratiques. On tient compte également de l'effet éventuel d'un champ de radiofréquence. Certains résultats sont établis, tels que : la description du pompage optique comme un processus de relaxation dans l'état fondamental ; la possibilité d'une conservation partielle de la cohérence au cours du cycle de pompage ; la prévision de certains déplacements des raies de résonance magnétique sous l'influence de l'excitation optique ; l'expression des signaux de détection optique à partir des éléments de la matrice densité dans l'état fondamental.
On étudie de façon détaillée les processus d'absorption et d'émission de photons de résonance optique par un ensemble d'atomes. Le rayonnement est traité quantiquement ; l'ensemble des atomes, représenté par une matrice densité dans l'état excité et l'état fondamental. On montre que sous l'influence de l'excitation lumineuse, l'état fondamental acquiert une durée de vie finie et une self-énergie. Des équations différentielles sont obtenues qui décrivent l'effet des différentes étapes du cycle de pompage optique sur la matrice densité dans l'état fondamental.
L'étude de l'orientation nucléaire par pompage optique est faite dans des conditions plus générales que celles envisagées jusqu'à présent. On s'intéresse, en particulier, à l'influence de la grandeur de la structure hyperfine du niveau excité par rapport à sa largeur naturelle, ainsi qu'aux effets du découplage partiel de cette structure hyperfine par le champ magnétique. Le formalisme de la matrice densité permet d'exposer les résultats obtenus sous une forme très générale. Parmi les effets nouveaux prévus, on peut citer la dissymétrie des pompages optiques en σ- et en σ + pour des valeurs intermédiaires du découplage hyperfin. De ce fait résulte la possibilité d'obtenir une orientation nucléaire par pompage optique en lumière naturelle. Par ailleurs, lorsque la structure hyperfine du niveau excité est de l'ordre de grandeur de sa largeur naturelle, l'efficacité du cycle de pompage optique est diminuée. Dans cette même hypothèse, on a pu prévoir l'existence de nouveaux processus produisant le déplacement de la raie de résonance magnétique de l'état fondamental sous l'influence de l'irradiation lumineuse, et apportant des caractères nouveaux à la modulation de la lumière de fluorescence lors d'une expérience de résonance magnétique. Les résultats de cette étude sont explicités dans le cas particulier d'un spin nucléaire I = 1,2. Ce cas correspond aux isotopes 111Cd et 113Cd sur lesquels la présente théorie est en cours de vérification expérimentale.
La lumière absorbée par une vapeur atomique soumise à un pompage optique transversal varie de manière résonnante lorsqu'on balaie le champ magnétique statique au voisinage du point de croisement en champ nul des sous-niveaux Zeeman de l'état fondamental (effet Hanle). Des résonances analogues apparaissent lorsqu'on effectue le pompage optique transversal de la vapeur atomique dans un champ modulé en amplitude (résonances paramétriques). La très grande finesse des raies ainsi observées sur les atomes alcalins les rend très intéressantes pour la détection et la mesure des champs magnétiques très faibles. On discute les propriétés de ces deux types de résonances et on met en évidence les avantages qu'il y a à utiliser les résonances paramétriques.
On présente une théorie quantique de divers types de résonances apparaissant sur la lumière diffusée par un atome interagissant avec un champ de radiofréquence (cas des expériences de pompage optique longitudinal et transversal). On associe à tout processus de diffusion de photons optiques et de radiofréquence un diagramme de Feynman comportant éventuellement un ou plusieurs états intermédiaires résonnants. On montre que certaines résonances sont dues à l'interférence entre deux diagrammes. Une resommation des diagrammes aux différents ordres permet de rendre compte des élargissements et déplacements radiatifs des résonances.
En Physique de l'atome les méthodes mettant en jeu l'évolution des moments magnétiques d'états excités sous l'influence de champs extérieurs, évolution détectée par l'intermédiaire de la lumière émise, se sont révélées très fécondes. En particulier, par résonance magnétique, par dépolarisation magnétique, par croisements de niveaux, de nombreuses données spectroscopiques ont été obtenues, ainsi que des informations sur les différents processus de collisions atomes-atomes excités. Ces méthodes nécessitent l'obtention d'une anisotropie de la distribution des moments cinétiques dans l'état excité étudié, anisotropie qui peut être obtenue soit par excitation électronique à l'aide d'électrons lents, soit par excitation optique en lumière polarisée [1]. En Physique de l'atome les méthodes mettant en jeu l'évolution des moments magnétiques d'états excités sous l'influence de champs extérieurs, évolution détectée par l'intermédiaire de la lumière émise, se sont révélées très fécondes. En particulier, par résonance magnétique, par dépolarisation magnétique, par croisements de niveaux, de nombreuses données spectroscopiques ont été obtenues, ainsi que des informations sur les différents processus de collisions atomesatomes excités. Ces méthodes nécessitent l'obtention d'une anisotropie de la distribution des moments cinétiques dans l'état excité étudié, anisotropie qui peut être obtenue soit par excitation électronique à l'aide d'électrons lents, soit par excitation optique en lumière polarisée [1]. Divers progrès de la technologie ont permis d'étendre ces méthodes vers des états moléculaires excités, l'anisotropie de l'excitation étant produite soit par voie optique (coïncidence avec une raie atomique, radiation laser, bande moléculaire), soit par excitation électronique, des travaux expérimentaux et théoriques ayant montré cette possibilité [2], [3]. Des expériences ont été réalisées sur H2 [4], NO [5], OH [6], Na2 [7], CS [8], I2 [9]. Quelques exemples sont détaillés afin de montrer les possibilités de la méthode : – L'effet Hanle (dépolarisation magnétique) fournit la valeur du produit gτ (g facteur de Landé, τ durée de vie) dans la mesure où des effets de découplage n'interviennent pas. La discussion est présentée dans le cas des niveaux A2Σ + (ν = 1,K' = 1) J' = 25/2 et J' = 27/2 de NO [5] et de niveaux de I2 [9] excités par voie optique. – Par excitation électronique des travaux ont été faits sur les états électroniques excités 2 p 2 p 1K, 1 s 3 d Σ +g, 1 s 3 p Πu de H2 [4]. L'étude critique de la position et de la forme de raie de la résonance magnétique, ainsi que celle des effets de cascade éventuels, a permis d'évaluer l'écart de structure fine J = 2 ↔ J = 1 trouvé égal à 174 ±10 MHz de l'état 1 s 2 p Πu, K' = 1, ν' = 0 [10]. L'élargissement des courbes de dépolarisation magnétique en fonction de la pression permet d'obtenir des renseignements sur les processus de collision état fondamental-état excité et d'en déterminer les sections efficaces et la durée de vie radiative du niveau. – L'étude de l'intensité et de l'état de polarisation de la lumière émise en présence d'un champ magnétique et d'un champ électrique a été faite dans le cas du niveau A 1Π ν' = 0, pour différentes valeurs de J dans CS [8]. L'étude critique des résultats des différentes expériences (transitions dipolaires électriques de radiofréquence en présence ou non de champ électrique statique, dépolarisation magnétique, dépolarisation en présence de champ électrique, croisements de niveaux en présence de champs électrique et magnétique) a conduit aux valeurs du A doubling, du moment dipolaire électrique et à la durée de vie des états étudiés. L'utilisation, en particulier, de laser à longueur d'onde variable devra permettre l'extension des méthodes d'excitation optique [11], et l'emploi de dispositifs interférentiels pour isoler les transitions étudiées permettra de généraliser à d'autres molécules [12] l'emploi de la méthode d'excitation électronique.
On a étudié en présence d'un champ magnétique et en lumière polarisée circulairement, l'absorption optique des centres F du KBr. On en a déduit que la bande F possède une structure. La méthode optique utilisée permet d'étudier sur des échantillons très peu concentrés certaines propriétés de l'état fondamental telles que la relaxation spin-réseau. Les conditions d'inversion de populations dans l'état fondamental par pompage optique ont été étudiées en fonction de l'intensité lumineuse et du champ magnétique.