Laser diode optically pumped caesium beam

Abstract
This paper presents a theoretical analysis of a possible scheme to realize a strong population difference between the two ground state sub-levels F = 4, MF = 0, and F = 3, MF = 0 of caesium atom. Two laser-diode light beams, π polarized, are used to illuminate at right angle an atomic beam. The efficiency of the population difference build up is evaluated for two limiting cases according to the light spectral distribution : the monochromatic and broadband excitations. This analysis takes into account hyperfine and Zeeman structures of the energy levels. Numerical calculations show that the monochromatic excitation leads to steady state population difference close to the value obtained with a single pumping laser; however all the atoms can be brought in the upper level if the two laser lights are considered broadband and uncorrelated Guidelines are derived to obtain an efficient optically pumped caesium beam frequency standard.

Résumé
Nous présentons ici l'analyse théorique d'un schéma possible de pompage optique permettant de réaliser une différence de population entre les sous-niveaux F = 4, MF = 0 et F = 3, MF = 0 de l'état fondamental de l'atome de césium. Dans ce schéma, deux diodes laser éclairent en lumiere π et à angle droit un jet de césium. La différence de population obtenue est calculée dans deux cas limites : excitation monochromatique et excitation large bande. Le calcul tient compte des structures hyperfines et Zeeman des niveaux d'énergie. L'excitation monochromatique conduit à une différence de population stationnaire limite, proche de celle obtenue avec un seul laser. Par contre, si les lasers sont « large bande » et non corrélés, tous les atomes peuvent être portés dans le sous-niveau supérieur. En conclusion, les conditions expérimentales de fonctionnement d'un 6talon de fréquence à jet de césium pompé optiquement sont précisées.