J. Phys. France 39, 610-616 (1978)
DOI: 10.1051/jphys:01978003906061000

Resonant multiphoton ionization of caesium atoms by ultra-short laser pulses at 1.06 μm

L.A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus et J. Thebault

Service de Physique Atomique, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay BP n° 2, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
This paper reports the four-photon ionization of caesium atoms when the laser frequency is tuned through the resonant three-photon transition 6S → 6F. This experiment was performed by using a tunable-wavelength bandwidth-limited subnanosecond laser pulse at 1.06 μm, in the 108-109 W.cm-2 laser intensity range. Pulse widths of 1.5 ns, 50 ps, and 15 ps were used. The resonant character of the multiphoton ionization process was observed, even with the shortest pulse of 15 ps. Nevertheless the influence of a temporal effect is demonstrated according to theoretical predictions. The resonance shift ΔE of the 6S → 6F transition energy was found to be linear with the laser intensity I within the range 108-109 W.cm-2. ΔE = α I, with α = 2 cm-1/GW.cm-2. This result confirms previous measurements performed with single-mode 35 ns laser pulses and is in very good agreement with calculated resonance shifts.

Résumé
L'objet de cet article est d'étudier l'ionisation à quatre photons d'atomes de césium, en accordant la fréquence du laser pour qu'il se produise une excitation résonnante à trois photons du niveau 6F. L'expérience a été effectuée en utilisant une impulsion laser de durée 1,5 ns, 50 ps et 15 ps, de longueur d'onde variable, à 1,06 μ, dans la gamme d'éclairement 108-10 9 W.cm-2. Le caractère résonnant du processus d'ionisation multiphotonique subsiste, même avec l'impulsion la plus courte de 15 ps. Néanmoins le comportement à la résonance est modifié par un effet temporel en bon accord avec les prévisions théoriques. Le déplacement en énergie Δ E de la résonance varie linéairement avec l'éclairement laser I ; Δ E = αI, avec α = 2 cm-1/GW.cm-2. Ce résultat confirme des mesures antérieures obtenues avec une impulsion laser monomode de durée 35 ns, et se révèle en excellent accord avec le calcul du déplacement de la résonance sous l'influence du champ laser.

PACS
3280F - Photoionization of atoms and ions.
3280R - Multiphoton ionization and excitation to highly excited states (e.g., Rydberg states).

Key words
atomic resonant states -- caesium -- ionisation of atoms -- photoionisation