Etude de quelques effets liés au pompage optique en champ faible

François Beato

Nous présentons une étude détaillée des magnétomètres hélium 4 à pompage optique en alignement. Ces capteurs fonctionnent intrinsèquement dans un régime de champ magnétique faible (B≲150 nT), mais leur gamme de fonctionnement peut être grandement étendue en utilisant une boucle de compensation du champ.En réutilisant les théories du pompage optique et de l’atome habillé développées dans les années 60, nous obtenons les expressions détaillées des signaux optiques de nos magnétomètres pour les trois raies D_0, D_1 et D_2. Nous étudions ainsi les différentes architectures de capteurs qui peuvent être réalisées, en prenant soin de détailler les deux modes de mesure permis par l’alignement (absorption et biréfringence linéaire). Nous mettons ainsi en avant des nouvelles architectures innovantes des magnétomètres à effet Hanle, en faisant notamment apparaître la possibilité de réaliser une mesure avec un seul accès optique. Nous détaillons également l’étude des magnétomètres à résonance paramétrique dans les deux configurations de mesure permises par l’alignement. Systématiquement nous appuyons nos résultats théoriques via des validations expérimentales.Enfin nous détaillons les sources intrinsèques d’imperfections (effet indésirable du faisceau sonde, light-shift …) et de bruits des capteurs. Cela nous permet de mettre en avant les points forts et faibles des architectures, ainsi que d’étudier leurs performances en terme de sensibilité.

Claude N. Cohen-Tannoudji

M. Gusakow

Courtade, Emmanuel

Un inconvénient important du pompage optique indirect de l'hélium-3 traditionnel est qu'il opère à des pressions faibles qui ne sont en particulier pas favorables aux applications médicales d'IRM nécessitant la production d'hélium-3 gazeux très polarisé et dense : une voie prometteuse est d'utiliser un fort champ magnétique qui permet d'opérer plus efficacement à plus forte pression. Dans une première partie nous faisons apparaître l'importance des corrélations entre vitesse et orientation nucléaire pour les atomes excités présents dans le plasma et soumis à la lumière de pompage optique à 1083 nm. Nous avons étudié leur effet sur l'efficacité du pompage optique tant au moyen d'un modèle détaillé que par des mesures expérimentales systématiques. Nous montrons la grande importance des caractéristiques spectrales fines des lasers à 1083 nm. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons plus spécifiquement à des conditions non standard de pompage optique, en présence d'un fort champ magnétique et à forte pression. Nous avons réalisé une étude spectroscopique détaillée de l'effet Zeeman de la transition à 1083 nm de l'hélium qui permet d'identifier précisément les positions de ces transitions et leurs intensités, ce qui nous a permis de mettre au point une technique originale de mesure optique de la polarisation nucléaire en champ quelconque. Nous avons démontré que la présence de lumière à 1083 nm augmente significativement la population de molécules métastables au sein d'un plasma d'hélium, en particulier à forte pression.

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.

Pousaz, Lionel