J. Phys. France 39, 500-516 (1978)
DOI: 10.1051/jphys:01978003905050000

Étude d'une méthode de mesure de durées de vie de niveaux excités d'ions utilisant le transfert d'orientation lors de collisions de Penning

J. Hamel¹ et J.-P. Barrat<sup>2

1</sup>  Université de Caen, Laboratoire de Spectroscopie Atomique, associé au C.N.R.S., 14032 Caen Cedex, France
²  Université de Caen, U.E.R. de Sciences, 14032 Caen Cedex, France

Abstract
We describe a method for measuring the lifetimes of ionic excited levels. This method uses the transfer of coherence in a Penning collision using metastable optically oriented He 2 3S1 atoms. If R.F. transitions are induced in the (2 3S1) He level, a transverse component of the magnetic moment of this level is created, which precesses coherently at the angular frequency ω of the R.F. field. The helium transverse orientation is partially transferred to the ions produced by Penning collisions. After the collision, the orientation transferred precesses around the external magnetic field at the Larmor frequency ω'0 of the ion excited level. The degree of orientation of the excited ion level depends, in the stationary state, on the average phase shift, during the lifetime τ' of this level, between the Larmor precession at angular frequency ω' 0 and the forced precession of helium (at angular frequency ω). The orientation of the ions is monitored by the modulation of the light emitted during their radiative decay. It is possible to determine the lifetime τ' by measuring the degree of modulation of the reemitted light as a function of ω.

Résumé
Nous décrivons une méthode permettant de mesurer la durée de vie des niveaux d'énergie d'ions par transfert de cohérence dans une collision de Penning contre des atomes d'hélium dans le niveau 2 3S1 initialement orienté. Si l'on soumet les atomes d'hélium dans le niveau 23S 1 à une résonance magnétique, le champ R.F. fait apparaître une composante transversale du moment magnétique des atomes métastables d'hélium, qui précesse de façon cohérente à la pulsation ω du champ R.F. L'orientation transversale de l'hélium est partiellement transférée aux ions produits lors de la collision de Penning. Après la collision elle précesse à la pulsation de Larmor ω' 0 du niveau excité dans lequel l'ion a été porté. Le taux d'orientation stationnaire du niveau excité de l'ion dépend du déphasage moyen, pendant la durée de vie τ' de ce niveau, entre la précession de Larmor à la pulsation ω' 0 et la précession forcée de l'hélium. On détecte l'orientation en mesurant le taux de modulation de la lumière émise par les ions lors de la désexcitation radiative du niveau excité considéré. L'étude de la variation de ce taux, en fonction de la pulsation ω de la radiofréquence, permet de mesurer la durée de vie τ'.

PACS
3250 - Fluorescence, phosphorescence (including quenching).
3270F - Absolute and relative intensities.
3450F - Electronic excitation and ionization of atoms (including beam-foil excitation and ionization).

Key words
atom ion collisions -- atomic excited states -- atomic fluorescence -- helium atoms -- Penning ionisation -- radiative lifetimes