J. Phys. France 42, 529-536 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:01981004204052900

Investigation of the dynamic Stark effect of a J = 0 ↔ J = 1 optical transition

C. Delsart¹, J.-C. Keller¹ et V.P. Kaftandjian<sup>2

1</sup>  Laboratoire Aimé Cotton , C.N.R.S. , Bâtiment 505, 91405 Orsay France
²  Département des Interactions Moléculaires , Université de Provence, Centre St-Jérôme, 13397 Marseille, France

Abstract
The dynamic Stark effect (Autler-Townes splitting and radiative shift) of a J = 0 ↔ J = 1 optical transition have been investigated. The barium atomic beam is illuminated by a strong pump beam, resonant or slightly non-resonant with the BaI resonance line (λ = 5 535 Å) ; the fluorescence induced by a weak probe beam is detected versus the probe frequency. With linear polarizations for the two beams one deals either with a two-level (parallel polarizations) or with a three-level system (perpendicular polarizations). In the latter case and for small detunings of the pump beam, the Autler-Townes doublet has been observed. For large detunings of the pump beam a single, shifted resonance has been obtained with both polarization settings. In the three-level case the observation of the passage from the Autler-Townes situation to the light-shift situation, is reported. The corresponding calculations are presented; a particular attention is paid to the case of large detunings for the pump beam (light-shift situation). The evolution calculated for the resonance curve (position and relative intensities of the peaks) when the relative polarization directions are changed is consistent with the experimental data.

Résumé
Nous avons étudié l'effet Stark dynamique (dédoublement Autler-Townes et déplacement radiatif) d'une transition optique J = 0 ↔ J = 1. Le jet atomique de baryum est éclairé par un faisceau laser intense (« pompe »), résonnant ou légèrement non résonnant pour la raie de résonance de BaI (λ = 5 535 Å) ; la fluorescence produite par un deuxième faisceau laser, peu intense (« sonde »), est détectée en fonction de la fréquence sonde. Pour des polarisations linéaires des deux faisceaux on a affaire soit à un système à deux niveaux (polarisations parallèles), soit à un système à 3 niveaux (polarisations perpendiculaires). Dans ce dernier cas, pour de faibles valeurs du désaccord de fréquence du faisceau intense, nous avons observé le doublet Autler-Townes. Pour les grands désaccords de fréquence du faisceau pompe, nous observons une seule résonance déplacée, aussi bien pour des polarisations parallèles que pour des polarisations perpendiculaires. Dans le cas du système à trois niveaux, nous montrons le passage continu de l'effet Autler-Townes au déplacement radiatif. Nous présentons les calculs correspondant aux cas étudiés expérimentalement; nous nous intéressons particulièrement au cas des grands désaccords de fréquence pour le faisceau intense (déplacement radiatif). L'evolution calculée pour les courbes de résonance (positions et intensités des pics) quand on fait varier les directions de polarisation relatives est en bon accord avec les observations expérimentales.

PACS
3250 - Fluorescence, phosphorescence (including quenching).
3260 - Zeeman and Stark effects.
3270J - Line shapes, widths, and shifts.

Key words
atomic beams -- atomic fluorescence -- barium -- radiative shifts -- Stark effect