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Journal de physique

Étude du transfert d'excitation par émission spontanée II. Vérifications expérimentales dans le cas d'une irradiation laser application au niveau 2 p2 du néon

M. Ducloy, E. Giacobino, Bernard Decomps

Published Jan 1, 1970• 23 citations
Publisher

Abstract

La lumière de fluorescence émise par des atomes de néon soumis à un champ magnétique et placés à l'intérieur de la cavité d'un laser à gaz est modifiée par l'irradiation laser. Dans le cas de l'irradiation par la raie λ = 1,52 μ (2 s2-2 p1) du néon, les modifications observées sur les raies de fluorescence issues des niveaux 2 S2 et 2 p 4 permettent de vérifier la théorie de transfert d'excitation par émission spontanée (2 S2 → 2 p4), telle qu'elle a été présentée dans l'article I (2). La méthode mise au point à l'aide de ces vérifications permet alors d'étudier la relaxation de la population et de l'alignement du niveau 2 p2 également peuplé par émission spontanée à partir du niveau 2 S2. On a pu mesurer les sections efficaces correspondantes et la durée de vie naturelle de ce niveau. On a aussi mis en évidence un phénomène de réabsorption des raies de fluorescence issues du niveau 2 p2 par les états métastables 1 s du néon. L'irradiation laser à la longueur d'onde λ = 6 401 Å (3 s2-2 p2) permet de retrouver les résultats précédents. Dans ce cas, on a pu observer la création d'alignement dans le niveau 2 p2 simultanément par le laser et par l'émission spontanée sur la raie laser elle-même. Cette dernière étude a mené à la détermination de la probabilité de transition de la raie λ, = 6 401 Å : γba = 1,2 ± 0,5 × 106 s-1 .

DOI
10.1051/jphys:01970003107053300

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Étude de la lumière de fluorescence d'atomes excités en interaction résonnante avec un laser. II. Vérification expérimentale application au niveau 2p4 du néon

Bernard Decomps, M. Dumont

La lumière de fluorescence émise par des atomes de néon d'une cellule C soumise à un champ magnétique et placée à l'intérieur de la cavité d'un laser à gaz est modifiée lors de l'irradiation par la raie laser λ = 6 328 Å (3s2-2p4) du néon. L'étude détaillée de ces modifications sur les raies de fluorescence émises par le niveau 2p 4 permet de vérifier les prévisions théoriques développées dans un article antérieur (2) . Elle montre, en particulier, l'importance de l'effet de cascade par émission spontanée sur la transition λ = 6 328 Å. On trouve que les temps de relaxation de la population et de l'alignement du niveau 2p4 sont très différents. Les sections efficaces de collision correspondantes ont été mesurées. De plus, on a mis en évidence un phénomène de diffusion multiple cohérente sur la raie 5 943 Å (2p4-1s5) sensible au courant de la décharge excitatrice de C.

Journal de physique•Jan 1, 1968•33 citations

Étude de la lumière de fluorescence d'atomes excités en interaction résonnante avec un laser I. Analyse théorique

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On étudie l'effet de l'irradiation par un laser à gaz sur la lumière de fluorescence d'atomes excités par une décharge dans les niveaux supérieur et inférieur de la transition laser. Ces atomes sont soumis de plus à un champ magnétique statique. Le calcul, développé dans le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles, tient compte de l'existence de relaxations isotropes et du transfert d'excitation par émission spontanée entre le niveau supérieur et le niveau inférieur (effet de cascade). Suivant la méthode de Lamb [1], l'irradiation laser est décrite classiquement par son champ électrique et ses effets sont prévus par un développement en perturbation. On se limite ici à l'ordre 2. L'application des formules générales permet de définir un ensemble de grandeurs accessibles à l'expérience, rigoureusement décrites par l'ordre 2 des perturbations et simplement reliées aux valeurs des paramètres caractéristiques des diverses relaxations. La vérification expérimentale sera décrite dans un second article. L'accord avec les résultats de l'analyse théorique présentée ici montre que cette méthode permet d'étudier effectivement plusieurs types de relaxations. L'application au niveau 2p4 du néon y sera présentée.

Journal de physique•Jan 1, 1968•45 citations

Etude du transfert d'excitation par émission spontanée - I. — Analyse théorique

M. Ducloy, Michel Dumont

On étudie le transfert d'excitation par émission spontanée dans une vapeur atomique. L'effet d'un champ magnétique statique sur une cascade radiative est analysé dans le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles ; on y tient compte de l'existence de relaxations isotropes. La forme de courbe de dépolarisation magnétique est étudiée. Le cas d'une excitation par irradiation laser est plus spécialement abordé et l'importance du transfert de cohérence Zeeman sur la transition laser elle-même est mise en évidence. Enfin les résultats sont étendus au transfert de cohérence hyperfine par émission spontanée. Un second article (8) présentera les vérifications expérimentales. Elles recouvriront aussi bien le transfert sur la transition laser que celui sur des transitions différentes. L'application à l'étude du niveau 2p2 du néon y sera présentée.

Journal de physique•Jan 1, 1970•40 citations

Transferts de population entre niveaux 2p du néon, par collisions contre atomes de néon a l'état fondamental

J. P. Grandin, D. Hennecart, X. Husson +3 more

On excite dans une décharge un des niveaux 2p3, 2p4 ou 2p5 du néon par un laser à colorant de longueur d'onde réglable. L'étude de la lumière réémise à partir de ce niveau et des niveaux voisins en fonction de la pression permet la détermination des sections de choc σ ab de transfert d'excitation d'un niveau a à un niveau b par collisions contre des atomes de néon à l'état fondamental. On a déterminé les valeurs σ2p4 2p3 = 4,8 ± 0,5 Å2 σ2p4 2p5 = 3,6 ± 0,5 Å2 σ 2p3 2p4 = 31,1 ± 2 Å2 σ2p5 2p4 = 4,6 ± 0,5 Å2.

Journal de physique•Jan 1, 1975•15 citations

Transferts d'excitation assistés par laser et ionisation par collisions superélastiques dans des vapeurs atomiques

Anne Débarre

Lors d’une collision radiative, le transfert d’excitation vers l’etat final resulte de l’action conjuguee de l’interaction collisionnelle et du couplage avec le champ. La section efficace associee σ, qui contient l’information sur le processus collisionnel, depend du systeme atomique et des caracteristiques du champ. Dans ce memoire sont presentes les resultats d’experiences consacrees a l’etude a haute resolution du profil spectral de σ et, a celle de la coherence induite par un champ exterieur polarise. Les travaux portent sur des couplages dipolaires et d’echange dans le cas d’interactions multipolaires dans des melanges de vapeurs alcalines et alcalino-terreuses. Les informations obtenues concernent les interactions a longue portee. Lorsque le systeme choisi conduit a l’ionisation de l’une des especes en reaction, le processus est souvent masque par l’ionisation du milieu sous l’effet des collisions superelastiques. Ce phenomene est de nature purement collisionnelle. Sin etude, menee dans une vapeur de strontium, met en lumiere la dynamique du transfert de l »energie par les electrons chauds du milieu. Ceux-ci la vehiculent depuis les niveaux metastables, ou elle est stockee, jusqu’au niveau fondamental de l’ion.

•Jan 1, 1985•0 citations

Étude expérimentale des collisions de redistribution et d'échange dans le niveau 2³P de l'hélium

Ali Dia

Ce travail de thèse a consisté en une étude expérimentale de l’effet des collisions binaires entre atomes dans l’état 2³P d’une part et entre 2³P et 1¹S d’autre part sur les populations des sous-niveaux magnétiques de cet état excité. Les états 2³P, 2³S et 1¹S sont impliqués dans le pompage optique par échange de métastabilité de l’hélium et ces collisions sont soupçonnées d’en limiter l’efficacité. La caractérisation précise de l’effet des collisions a été réalisée par spectroscopie laser d’absorption sur la transition 2³P - 3³S, en utilisant une configuration de pompe-sonde doublement résonante. Une diode laser à 1083 nm, peuple sélectivement les sous-niveaux de l’état 2³P, ensuite sondés par une diode laser 706.5 nm, balayée sur toute la transition 2³P - 3³S. Nous présentons d’abord un calcul théorique des niveaux atomiques et des transitions optiques impliqués dans les isotopes de l’hélium. Puis nous décrivons les modèles simples d’équations d’évolution des populations, qui nous permettent d’interpréter les observations expérimentales, en considérant différents effets possibles, comme un changement interne du sous-niveau (mJ ou mF), de niveau J ou F, avec ou sans changement de la vitesse des atomes. À partir des spectres d’absorption enregistrés, nous identifions les populations des niveaux pompés ainsi que celles résultant de changements de niveaux. La première série de résultats de l’étude expérimentale des écarts de fréquence des raies d’absorption est en excellent accord avec les valeurs attendues, compte tenu des structures Zeeman en présence d’un champ magnétique, la structure hyperfine pour l’état 3³S de l’³He et du décalage isotopique ³He - ⁴He. Ensuite, les formes des spectres d’absorption ont été étudiées en fonction de l’intensité de pompe utilisée. Enfin nous décrivons l’étude des effets de collisions dans l’⁴He, à diverses pressions (0.13 à 4.27 mbar). À partir des valeurs des aires des raies d’absorption, nous mesurons les populations dans chaque niveau de l’état 2³P, pour finalement déduire les taux de transfert par collision comparés à la littérature et discutés dans la perspective des limitations de la technique du pompage optique par échange de métastabilité.

•May 7, 2021•0 citations
La lumière de fluorescence émise par des atomes de néon soumis à un champ magnétique et placés à l'intérieur de la cavité d'un laser à gaz est modifiée par l'irradiation laser. Dans le cas de l'irradiation par la raie λ = 1,52 μ (2 s2-2 p1) du néon, les modifications observées sur les raies de fluorescence issues des niveaux 2 S2 et 2 p 4 permettent de vérifier la théorie de transfert d'excitation par émission spontanée (2 S2 → 2 p4), telle qu'elle a été présentée dans l'article I (2). La méthode mise au point à l'aide de ces vérifications permet alors d'étudier la relaxation de la population et de l'alignement du niveau 2 p2 également peuplé par émission spontanée à partir du niveau 2 S2. On a pu mesurer les sections efficaces correspondantes et la durée de vie naturelle de ce niveau. On a aussi mis en évidence un phénomène de réabsorption des raies de fluorescence issues du niveau 2 p2 par les états métastables 1 s du néon. L'irradiation laser à la longueur d'onde λ = 6 401 Å (3 s2-2 p2) permet de retrouver les résultats précédents. Dans ce cas, on a pu observer la création d'alignement dans le niveau 2 p2 simultanément par le laser et par l'émission spontanée sur la raie laser elle-même. Cette dernière étude a mené à la détermination de la probabilité de transition de la raie λ, = 6 401 Å : γba = 1,2 ± 0,5 × 106 s-1 .
La lumière de fluorescence émise par des atomes de néon d'une cellule C soumise à un champ magnétique et placée à l'intérieur de la cavité d'un laser à gaz est modifiée lors de l'irradiation par la raie laser λ = 6 328 Å (3s2-2p4) du néon. L'étude détaillée de ces modifications sur les raies de fluorescence émises par le niveau 2p 4 permet de vérifier les prévisions théoriques développées dans un article antérieur (2) . Elle montre, en particulier, l'importance de l'effet de cascade par émission spontanée sur la transition λ = 6 328 Å. On trouve que les temps de relaxation de la population et de l'alignement du niveau 2p4 sont très différents. Les sections efficaces de collision correspondantes ont été mesurées. De plus, on a mis en évidence un phénomène de diffusion multiple cohérente sur la raie 5 943 Å (2p4-1s5) sensible au courant de la décharge excitatrice de C.
On étudie l'effet de l'irradiation par un laser à gaz sur la lumière de fluorescence d'atomes excités par une décharge dans les niveaux supérieur et inférieur de la transition laser. Ces atomes sont soumis de plus à un champ magnétique statique. Le calcul, développé dans le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles, tient compte de l'existence de relaxations isotropes et du transfert d'excitation par émission spontanée entre le niveau supérieur et le niveau inférieur (effet de cascade). Suivant la méthode de Lamb [1], l'irradiation laser est décrite classiquement par son champ électrique et ses effets sont prévus par un développement en perturbation. On se limite ici à l'ordre 2. L'application des formules générales permet de définir un ensemble de grandeurs accessibles à l'expérience, rigoureusement décrites par l'ordre 2 des perturbations et simplement reliées aux valeurs des paramètres caractéristiques des diverses relaxations. La vérification expérimentale sera décrite dans un second article. L'accord avec les résultats de l'analyse théorique présentée ici montre que cette méthode permet d'étudier effectivement plusieurs types de relaxations. L'application au niveau 2p4 du néon y sera présentée.
On étudie le transfert d'excitation par émission spontanée dans une vapeur atomique. L'effet d'un champ magnétique statique sur une cascade radiative est analysé dans le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles ; on y tient compte de l'existence de relaxations isotropes. La forme de courbe de dépolarisation magnétique est étudiée. Le cas d'une excitation par irradiation laser est plus spécialement abordé et l'importance du transfert de cohérence Zeeman sur la transition laser elle-même est mise en évidence. Enfin les résultats sont étendus au transfert de cohérence hyperfine par émission spontanée. Un second article (8) présentera les vérifications expérimentales. Elles recouvriront aussi bien le transfert sur la transition laser que celui sur des transitions différentes. L'application à l'étude du niveau 2p2 du néon y sera présentée.
On excite dans une décharge un des niveaux 2p3, 2p4 ou 2p5 du néon par un laser à colorant de longueur d'onde réglable. L'étude de la lumière réémise à partir de ce niveau et des niveaux voisins en fonction de la pression permet la détermination des sections de choc σ ab de transfert d'excitation d'un niveau a à un niveau b par collisions contre des atomes de néon à l'état fondamental. On a déterminé les valeurs σ2p4 2p3 = 4,8 ± 0,5 Å2 σ2p4 2p5 = 3,6 ± 0,5 Å2 σ 2p3 2p4 = 31,1 ± 2 Å2 σ2p5 2p4 = 4,6 ± 0,5 Å2.
Lors d’une collision radiative, le transfert d’excitation vers l’etat final resulte de l’action conjuguee de l’interaction collisionnelle et du couplage avec le champ. La section efficace associee σ, qui contient l’information sur le processus collisionnel, depend du systeme atomique et des caracteristiques du champ. Dans ce memoire sont presentes les resultats d’experiences consacrees a l’etude a haute resolution du profil spectral de σ et, a celle de la coherence induite par un champ exterieur polarise. Les travaux portent sur des couplages dipolaires et d’echange dans le cas d’interactions multipolaires dans des melanges de vapeurs alcalines et alcalino-terreuses. Les informations obtenues concernent les interactions a longue portee. Lorsque le systeme choisi conduit a l’ionisation de l’une des especes en reaction, le processus est souvent masque par l’ionisation du milieu sous l’effet des collisions superelastiques. Ce phenomene est de nature purement collisionnelle. Sin etude, menee dans une vapeur de strontium, met en lumiere la dynamique du transfert de l »energie par les electrons chauds du milieu. Ceux-ci la vehiculent depuis les niveaux metastables, ou elle est stockee, jusqu’au niveau fondamental de l’ion.
Ce travail de thèse a consisté en une étude expérimentale de l’effet des collisions binaires entre atomes dans l’état 2³P d’une part et entre 2³P et 1¹S d’autre part sur les populations des sous-niveaux magnétiques de cet état excité. Les états 2³P, 2³S et 1¹S sont impliqués dans le pompage optique par échange de métastabilité de l’hélium et ces collisions sont soupçonnées d’en limiter l’efficacité. La caractérisation précise de l’effet des collisions a été réalisée par spectroscopie laser d’absorption sur la transition 2³P - 3³S, en utilisant une configuration de pompe-sonde doublement résonante. Une diode laser à 1083 nm, peuple sélectivement les sous-niveaux de l’état 2³P, ensuite sondés par une diode laser 706.5 nm, balayée sur toute la transition 2³P - 3³S. Nous présentons d’abord un calcul théorique des niveaux atomiques et des transitions optiques impliqués dans les isotopes de l’hélium. Puis nous décrivons les modèles simples d’équations d’évolution des populations, qui nous permettent d’interpréter les observations expérimentales, en considérant différents effets possibles, comme un changement interne du sous-niveau (mJ ou mF), de niveau J ou F, avec ou sans changement de la vitesse des atomes. À partir des spectres d’absorption enregistrés, nous identifions les populations des niveaux pompés ainsi que celles résultant de changements de niveaux. La première série de résultats de l’étude expérimentale des écarts de fréquence des raies d’absorption est en excellent accord avec les valeurs attendues, compte tenu des structures Zeeman en présence d’un champ magnétique, la structure hyperfine pour l’état 3³S de l’³He et du décalage isotopique ³He - ⁴He. Ensuite, les formes des spectres d’absorption ont été étudiées en fonction de l’intensité de pompe utilisée. Enfin nous décrivons l’étude des effets de collisions dans l’⁴He, à diverses pressions (0.13 à 4.27 mbar). À partir des valeurs des aires des raies d’absorption, nous mesurons les populations dans chaque niveau de l’état 2³P, pour finalement déduire les taux de transfert par collision comparés à la littérature et discutés dans la perspective des limitations de la technique du pompage optique par échange de métastabilité.