J. Phys. France 41, 947-955 (1980)
DOI: 10.1051/jphys:01980004109094700

Very high resolution study of high Rydberg levels of the configurations 4f14 6snd of Yb I

L. Barbier et R.-J. Champeau

Laboratoire Aimé Cotton, C.N.R.S. , Batiment 505, F 91405 Orsay Cedex, France

Abstract
High Rydberg levels of ytterbium were studied in a beam of metastable atoms. Levels of the series 4f14 6snd were populated from the metastable 4f14 6s 6p 3Po level by means of the U.V. light of a frequency-doubled single-mode dye laser and detected using the field ionization technique. The critical ionization fields Fc of the levels 4f14 6snd 3D1 (24 ≤ n ≤ 57) were measured and found to obey the saddle point law (Fc = (16 n* 4)-1). The hyperfine structures of the odd isotopes were investigated. They are very peculiar due to the fact that the hyperfine interaction is of the same order of magnitude as (or even for the highest n values, much more important than) the spin-orbit and electrostatic interactions. A theoretical account of the observed structures using the Slater-Condon parametric method is given. The relative influence of the excited (nd) and of the non-excited (6s) optical electron could thus be studied. Furthermore the influence of a valence level perturbing only the odd isotopes components for n = 26 was demonstrated.

Résumé
Les niveaux de Rydberg élevés de l'ytterbium ont été étudiés sur un jet d'atomes métastables. Les niveaux de la série 4f14 6snd ont été peuplés à partir du niveau métastable 4f14 6s 6p 3P 0 grâce à la lumière ultraviolette d'ùn laser à colorant monomode double en fréquence et détectés par la méthode d'ionisation par un champ électrique. Les champs critiques d'ionisation Fc des niveaux 4f14 6snd 3D1 (24 ≤ n ≤ 57) ont été mesures; ils obéissent à la loi du col(Fc = (16 n*4)-1). Les structures hyperfines des isotopes impairs ont été analysées; comme l'interaction hyperfine est du même ordre de grandeur que les interactions électrostatiques et spin-orbite (ou même pour les valeurs de n les plus élevées plus importantes que ces dernières), ces structures ont un aspect très particulier. Les structures observées ont été interprétées théoriquement par la méthode paramétrique de Slater-Condon. Les influences respectives de l'électron optique excité ( nd) et de l'électron optique non excité (6s) ont ainsi pu être étudiées. De plus, l'influence d'un niveau de valence perturbant seulement les composantes des isotopes impairs a été mise en évidence pour le nombre quantique n = 26.

PACS
3280B - Level crossing and optical pumping.
3280F - Photoionization of atoms and ions.
3315P - Fine and hyperfine structure.

Key words
atomic excited states -- atomic hyperfine structure -- atomic spectra -- ionisation of atoms -- optical pumping -- photoionisation -- ytterbium