J. Phys. France 51, 2275-2292 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:0199000510200227500

High resolution spectroscopy of the hydrogen atom. II. Study of line profiles

J.C. Garreau, M. Allegrini, L. Julien et F. Biraben

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'ENS, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, Tour 12, E01 75252 Paris Cedex 05, France

Abstract
As second part of the detailed description of our recent work on the Rydberg constant measurement, here (paper II) we present our calculations of the line profiles of the hydrogen 2S-nS and 2S-nD Doppler-free two-photon signals observed in our experiment. Various broadening and shift effects have been considered and detailed calculations of the two-photon transition probability and of the light-shift have been done. The contributions of all possible trajectories of the atoms in the metastable beam have been summed to get the detected signal. The fit of each observed line with the corresponding calculated profile provides the line position with a relative accuracy of a few parts in 1011.

Résumé
Cet article est le deuxième d'une série de trois articles décrivant en détail notre récente mesure de la constante de Rydberg. Nous y présentons le calcul théorique des formes de raies attendues dans notre expérience de spectroscopie à deux photons des transitions 2S-nS et 2S-nD de l'atome d'hydrogène. Les différents effets d'élargissement et de déplacement des raies ont été pris en compte, et nous avons calculé la probabilité de transition à deux photons et le déplacement lumineux sous l'effet de l'interaction des atomes metastables 2S avec le laser. Les contributions au signal de toutes les trajectoires atomiques possibles ont été sommées. La comparaison de chaque profil expérimental avec le profil théorique correspondant donne la position de la raie avec une précision de quelques 10-11.

PACS
3280R - Multiphoton ionization and excitation to highly excited states (e.g., Rydberg states).
3150D - Potential energy surfaces for excited electronic states.
3270F - Absolute and relative intensities.
3230 - Atomic spectra.

Key words
atomic excited states -- atomic spectra -- atomic spectral line breadth -- hydrogen neutral atoms -- two photon spectra