J. Phys. France 43, 875-881 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:01982004306087500

A. C. Stark effect on the 4713 Å line emitted by a helium glow discharge in the field of a multimode T.E.A. CO2 laser

B. Dubreuil, P. Pignolet, A. Catherinot et P. Davy

Groupe de Recherches sur l'Energétique des Milieux Ionisés , U.E.R. de Sciences Fondamentales et Appliquées, Université d'Orléans, 45046 Orléans Cedex, France

Abstract
In a helium glow discharge, the A. C. Stark shift of the 4 3S 1 → 2 3P0,1,2 transition (λ ≅ 4 713 Å) induced by nonresonant interaction of the 4 3S and 4 3P levels with a multimode CO2 laser field is measured as a function of laser intensity in the range IL < 35 MW/cm 2. Departure from the linear intensity dependence given by second order perturbation theory is observed for IL > 2 MW/cm2. A three-level atom model taking into account the interaction with the laser field in a non perturbative way agrees with the experiment. Strong broadening is also detected for IL > 1 MW/cm2. This broadening grows with IL until a quasi-continuum spreading over 50 Å is observed for IL = 33 MW/cm2. This broadening results from amplitude and phase fluctuations of the laser field modes during interaction. For IL = 33 MW/cm2 the recorded 4 713 Å spectral line shape reflects the statistical distribution of the mode amplitudes.

Résumé
Nous avons étudié le déplacement Stark dynamique de la transition radiative 43S1 → 2 3P0,1,2 (λ = 4 713 Å) de l'hélium dû à l'interaction non résonnante des états 4 3S et 4 3P avec le rayonnement d'un laser à CO2 multimode. Cette étude réalisée en fonction de l'intensité laser dans le domaine IL < 35 MW/cm 2 montre que pour IL > 2 MW/cm2 le déplacement Stark dynamique de l'énergie du niveau 4 3S ne suit plus la dépendance linéaire en IL donnée par la théorie des perturbations au second ordre. Un modèle à trois niveaux tenant compte de l'interaction à tous les ordres permet de rendre compte globalement des résultats expérimentaux. Cependant, pour IL > 1 MW/cm 2, nous obtenons un élargissement important de la raie 4 713 Å accompagnant le déplacement Stark dynamique. Cet élargissement croit avec IL et conduit à la formation d'un pseudo-continuum s'étendant sur 50 Å pour IL = 33 MW/cm2. Nous interprétons cet effet comme étant dû aux fluctuations d'amplitude et de phase des modes du champ laser pendant l'interaction. L'enregistrement de la raie 4 713 Å nécessitant un très grand nombre de tirs laser, le profil expérimental reflète dans ces conditions la distribution statistique de l'amplitude des modes du champ laser.

PACS
3260 - Zeeman and Stark effects.
3270J - Line shapes, widths, and shifts.
5280H - Glow; corona.

Key words
atomic spectral line breadth -- glow discharges -- helium atoms -- Stark effect