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Journal de physique

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

Published Jan 1, 1968• 33 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.1051/jphys:01968002905-6044300

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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

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 .

Journal de physique•Jan 1, 1970•23 citations

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

M. Dumont, Bernard Decomps

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

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

Étude des interactions dipolaires induites par la lumières dans les ensembles d'atomes froids

Ludovic Brossard

Notre equipe etudie le comportement collectif d'un gaz d'atomes en presence d'interactions de type dipole-dipole. Ces interactions apparaissent lorsqu'on illumine les atomes avec un laser de longueur d'onde quasi-resonant avec une transition atomique : les atomes se polarisent sous l'effet du champ laser, et les dipoles induits interagissent entre eux via le champ qu'ils rayonnent. Cette interaction est d'autant plus forte que les atomes sont proches les uns des autres, et peut perturber considerablement le comportement radiatif de l'ensemble atomique, voire empecher l'excitation de plusieurs atomes a la fois. Par exemple, pour deux atomes situes a une distance inferieure a la longueur d'onde divisee par deux pi, elle deplace les niveaux d'energie de plus que la largeur naturelle de la transition atomique, de sorte que le laser ne peut plus exciter qu'un seul des deux atomes. Un autre exemple est celui d'un nuage d'atomes dense, qui peut se comporter comme une cavite sans miroirs : le laser peut exciter certains modes de rayonnement particuliers, qui rayonnent chacun avec sa frequence et son taux de relaxation propres, differents de ceux d'un atome individuel. Certains de ces modes collectifs sont super-radiants (le nuage reemet l'excitation emmagasinee plus rapidement que ne le ferait un atome individuel), d'autres sont au contraire sub-radiants. Afin d'etudier ces phenomenes, notre equipe a construit une experience qui permet de pieger entre 1 et ~500 atomes froids de rubidium dans un piege laser de dimensions ~1µm^3. Nous excitons les atomes pres de la transition a 780 nm. La taille du nuage, de l'ordre de 100 nm, est proche de lambda sur deux pi. Enfin, l'elargissement Doppler des transitions atomiques est negligeable (atomes froids). La situation est donc quasi-ideale pour l'observation de modes de rayonnement collectifs. Nous avons recemment observe que les interactions induisent une reduction importante de la lumiere diffusee par le nuage. Cette reduction s'accompagne d'un elargissement de la transition atomique. L'analyse theorique des modes collectifs du nuage nous a montre que cette reduction est liee a l'excitation de modes super-radiants delocalises sur l'ensemble du nuage.

•Feb 26, 2020•0 citations
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.
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 .
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.
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.
Notre equipe etudie le comportement collectif d'un gaz d'atomes en presence d'interactions de type dipole-dipole. Ces interactions apparaissent lorsqu'on illumine les atomes avec un laser de longueur d'onde quasi-resonant avec une transition atomique : les atomes se polarisent sous l'effet du champ laser, et les dipoles induits interagissent entre eux via le champ qu'ils rayonnent. Cette interaction est d'autant plus forte que les atomes sont proches les uns des autres, et peut perturber considerablement le comportement radiatif de l'ensemble atomique, voire empecher l'excitation de plusieurs atomes a la fois. Par exemple, pour deux atomes situes a une distance inferieure a la longueur d'onde divisee par deux pi, elle deplace les niveaux d'energie de plus que la largeur naturelle de la transition atomique, de sorte que le laser ne peut plus exciter qu'un seul des deux atomes. Un autre exemple est celui d'un nuage d'atomes dense, qui peut se comporter comme une cavite sans miroirs : le laser peut exciter certains modes de rayonnement particuliers, qui rayonnent chacun avec sa frequence et son taux de relaxation propres, differents de ceux d'un atome individuel. Certains de ces modes collectifs sont super-radiants (le nuage reemet l'excitation emmagasinee plus rapidement que ne le ferait un atome individuel), d'autres sont au contraire sub-radiants. Afin d'etudier ces phenomenes, notre equipe a construit une experience qui permet de pieger entre 1 et ~500 atomes froids de rubidium dans un piege laser de dimensions ~1µm^3. Nous excitons les atomes pres de la transition a 780 nm. La taille du nuage, de l'ordre de 100 nm, est proche de lambda sur deux pi. Enfin, l'elargissement Doppler des transitions atomiques est negligeable (atomes froids). La situation est donc quasi-ideale pour l'observation de modes de rayonnement collectifs. Nous avons recemment observe que les interactions induisent une reduction importante de la lumiere diffusee par le nuage. Cette reduction s'accompagne d'un elargissement de la transition atomique. L'analyse theorique des modes collectifs du nuage nous a montre que cette reduction est liee a l'excitation de modes super-radiants delocalises sur l'ensemble du nuage.