J. Phys. France 43, 263-277 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:01982004302026300

Velocity selective optical pumping

C.G. Aminoff^{1, 2} et M. Pinard<sup>1

1</sup>  Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'E.N.S., 24, rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France
²  Permanent address : Helsinki University of Technology, Department of Technical Physics, SF-02150 Espoo 15, Finland.

Abstract
We consider optical pumping with a quasi monochromatic tunable light beam, in the low intensity limit where a rate equation regime is obtained The velocity selective optical pumping (V.S.O.P.) introduces a correlation between atomic velocity and internal variables in the ground (or metastable) state. The aim of this article is to evaluate these atomic observables (orientation, alignment, population) as a function of velocity, using a phenomenological description of the relaxation effect of collisions. The V.S.O.P. line shapes, obtained by scanning the pumping beam frequency and using a counterpropagating detection beam with the same frequency, are given in various circumstances. The combination of V.S.O.P. with modulated pumping, magnetic resonance, and level crossing methods is considered; the corresponding line shapes can provide useful information on the relaxation characteristics, such as collision rates and kernels.

Résumé
Le pompage optique par une source lumineuse peu intense (l'évolution des atomes a lieu dans un régime de pompage; « rate equation regime ») et quasi monochromatique, peut introduire des corrélations entre les variables externes (vitesse) et les observables internes (population, orientation, alignement) des atomes. On donne un calcul de ces observables en fonction de la vitesse des atomes dans le cadre d'une description phénoménologique des effets des collisions. On calcule les profils des raies, obtenus en balayant la fréquence du laser au voisinage de la résonance optique des atomes. On discute également la combinaison de cette méthode avec des techniques de pompage en polarisation modulée ou de dépolarisation magnétique. On a ainsi accès à la dynamique de relaxation des vitesses du gaz à l'intérieur du profil Doppler.

PACS
3270J - Line shapes, widths, and shifts.
3280B - Level crossing and optical pumping.
3450 - Scattering of atoms and molecules.

Key words
atomic inelastic collisions -- atomic spectral line breadth -- energy level crossing -- magnetic resonance -- optical pumping