Étude de l'influence de la structure hyperfine du niveau excité sur l'obtention d'une orientation nucléaire par pompage optique

Abstract
The production of nuclear orientation by optical pumping is studied under more general conditions than ha been done previously. The influence of the magnitude of the hyperfine structure of the excited state as compared to its natural width is taken into account, and also the effect of the decoupling of I and J by the magnetic field. Density matrix formalism is used throughout. Among some new effects which are predicted, one can stress the asymmetry of optical pumping in σ+ and in σ- for intermediate field values : it is thus possible to obtain nuclear orientation (of spin 1/2) by optical pumping with unpolarized light. On the other hand, when the hyperfine structure of the excited state is of the same order of magnitude as its natural width, the efficiency of the optical pumping process decreases. Under the last conditions one can also predict new processes producing a small shift of the magnetic (ground state) resonance line, and giving new characteristics to the modulation of the fluorescence. A detailed calculation of the above effects is performed in the case of a nuclear spin 1/2 corresponding to 111Cd and 113Cd.

Résumé
L'étude de l'orientation nucléaire par pompage optique est faite dans des conditions plus générales que celles envisagées jusqu'à présent. On s'intéresse, en particulier, à l'influence de la grandeur de la structure hyperfine du niveau excité par rapport à sa largeur naturelle, ainsi qu'aux effets du découplage partiel de cette structure hyperfine par le champ magnétique. Le formalisme de la matrice densité permet d'exposer les résultats obtenus sous une forme très générale. Parmi les effets nouveaux prévus, on peut citer la dissymétrie des pompages optiques en σ- et en σ + pour des valeurs intermédiaires du découplage hyperfin. De ce fait résulte la possibilité d'obtenir une orientation nucléaire par pompage optique en lumière naturelle. Par ailleurs, lorsque la structure hyperfine du niveau excité est de l'ordre de grandeur de sa largeur naturelle, l'efficacité du cycle de pompage optique est diminuée. Dans cette même hypothèse, on a pu prévoir l'existence de nouveaux processus produisant le déplacement de la raie de résonance magnétique de l'état fondamental sous l'influence de l'irradiation lumineuse, et apportant des caractères nouveaux à la modulation de la lumière de fluorescence lors d'une expérience de résonance magnétique. Les résultats de cette étude sont explicités dans le cas particulier d'un spin nucléaire I = 1,2. Ce cas correspond aux isotopes 111Cd et 113Cd sur lesquels la présente théorie est en cours de vérification expérimentale.