J. Phys. France 40, 657-664 (1979)
DOI: 10.1051/jphys:01979004007065700

Doppler-free multi-photon excitation : light shift and saturation

G. Grynberg

Laboratoire d'Optique quantique du C.N.R.S., Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France

Abstract
We describe the influence of the intensity variation of the light in a standing wave on the lineshape of a Doppler-free multi-photon transition. We show that as long as the light shifts and the saturation are small compared to the Doppler width, a motional narrowing effect occurs and the line remains Lorentzian, the centre being shifted by an amount equal to the mean value of the dynamic Stark effect. We consider also the case of transients. We show that at resonance, it is possible to observe different responses according to the light intensity. In particular, it is possible to observe Rabi oscillations only if the Rabi frequency is larger than the natural width and smaller than the Doppler width of the transition.

Résumé
Nous décrivons l'influence des modulations spatiales de l'intensité lumineuse dans une onde stationnaire sur la forme de la raie d'absorption à N-photons. Nous montrons que si l'effet Stark dynamique et la saturation sont petits comparés à la largeur Doppler, il y a un effet de moyennage par le mouvement : la raie reste Lorentzienne, son centre est déplacé d'une quantité égale à l'effet Stark dynamique moyen. Nous considérons également le cas des transitoires, nous montrons qu'à résonance, on peut observer diverses réponses suivant la valeur de l'intensité. En particulier, on ne peut observer des oscillations de Rabi que si la fréquence de Rabi est comprise entre les largeurs naturelles et Doppler de la transition.

PACS
3270J - Line shapes, widths, and shifts.
3280R - Multiphoton ionization and excitation to highly excited states (e.g., Rydberg states).

Key words
multiphoton spectra -- optical saturable absorption -- spectral line shift