Numéro
J. Phys. France
Volume 27, Numéro 5-6, mai-juin 1966
Page(s) 353 - 366
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01966002705-6035300
J. Phys. France 27, 353-366 (1966)
DOI: 10.1051/jphys:01966002705-6035300

Méthodes expérimentales d'étude de la relaxation d'une vapeur alcaline orientée optiquement

Marie-Anne Bouchiat et Françoise Grossetête

Laboratoire de Physique de l'E. N. S., Paris


Abstract
An optical method is described for studying the relaxation of alkali atoms polarized by optical pumping. Two light beams are used : the first F p for pumping, and the second Fd for detection. The amount of light absorbed per unit time on Fd determines the observable Q whose relaxation is actually measured : Q depends on the polarization and spectral distribution of Fd. Fd is kept on continuously and its intensity is chosen to be low enough not to disturb the relaxation of < Q > : then the evolution of < Q > when FP is suddenly turned off can be observed directly. This new method compared to Franzen's (relaxation in the dark) brings many advantages and new types of experiments become feasible. We describe how it has been applied to the case of Rb vapor to study the relaxation of < Sz > and the relaxation of < S.I > in the absence or the presence of < Sz >. The relaxation of < S.I > in the absence of < Sz > can be studied similarly for other alkali atoms (pure isotopes or mixtures of isotopes). It is thus possible to measure the ratio between spin exchange cross sections of alkali atoms. We have obtained the following result : 85Rb-Cs, 87Rb-Cs and Cs-Cs exchange cross sections are equal within the accuracy of our measurements.


Résumé
Une nouvelle méthode optique d'étude de la relaxation d'une vapeur alcaline orientée optiquement est décrite : le faisceau lumineux pompant Fp (destiné à préparer le système atomique dans un état hors de l'équilibre de Boltzmann) est distinct du faisceau détecteur Fd. Les caractéristiques de Fd (polarisation, profil spectral) déterminent la nature de l'observable Q que la mesure de la lumière absorbée sur Fd permet d'étudier. Fd est allumé en permanence et est choisi suffisamment peu intense pour ne pas perturber l'évolution du système sous le seul effet de la relaxation : il permet d'observer directement la courbe de relaxation de < Q > lors de la coupure de FP. Cette méthode présente de grands avantages par rapport à celle utilisant la séquence de relaxation dans le noir de Franzen. Elle permet aussi de réaliser des expériences nouvelles. Nous décrivons sa mise en oeuvre sur une vapeur de Rb pour l'étude de la relaxation de < Sz >, et de celle de < S.I > en présence ou en l'absence d'une polarisation électronique globale < Sz >. La relaxation de < S.I > en l'absence de < Sz > peut s'étudier de la même manière pour d'autres alcalins que Rb et pour des mélanges d'alcalins. Ceci permet de mesurer le rapport des sections efficaces d'échange de spin entre atomes alcalins sans avoir à connaître la valeur absolue des tensions de vapeur. En particulier, nos mesures indiquent que les sections efficaces 85Rb-Cs, 87Rb-Cs et Cs-Cs sont égales à la précision de nos déterminations.

PACS
3280B - Level crossing and optical pumping.

Key words
alkali metals -- atomic excitation -- optical pumping