J. Phys. France 50, 157-199 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:01989005002015700

The Cs 6S-7S-6P3/2 forbidden three-level system : analytical description of the inhibited fluorescence and optical rotation spectra

M. A. Bouchiat, J. Guéna, Ph. Jacquier, M. Lintz et L. Pottier

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, F-75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
With a view to improved parity violation measurements in Cs, we have considered the 6S-7S-6P3/2 « forbidden three-level system », in which one laser excites the forbidden 6S-7S transition while a second, colinear laser probes the excited 7S atoms. This paper presents an analytical calculation of the 7S → 6P ½ fluorescence intensity and of the probe amplification as functions of the laser frequencies. The collisional processes in the 6P 3/2 resonance level, as well as the level multiplicity and the laser polarizations are taken into account. The quantitative agreement with experiment is good ; in particular, the observed sub-Doppler structures are correctly described. The damping rates of the 7S-6P3/2 cohérence and of the trapped 6P3/2 atoms are extracted. New détection schemes for detecting a 7S orientation, with direct possible extension to an alignment, are demonstrated.

Résumé
En vue d'améliorer la précision des mesures de violation de parité dans le césium, nous avons étudié le « système interdit à trois niveaux » 6S-7S-6P 3/2, dans lequel un premier laser excite la transition interdite 6S-7S pendant qu'un deuxième faisceau, colinéaire au premier, sonde les atomes excités dans le niveau 7S. Dans cet article, nous présentons un calcul analytique de la fluorescence du niveau 7S, ainsi que de l'amplification du faisceau sonde, en fonction des fréquences des lasers. Nous prenons en compte les collisions dans le niveau de résonance 6P3/2, ainsi que la multiplicité des niveaux et les polarisations des lasers. L'accord quantitatif avec l'expérience est satisfaisant ; les spectres sans effet Doppler sont correctement décrits. Nous obtenons les amortissements de la cohérence 7S-6P3/2 et de la population emprisonnée dans 6P3/2. Nous présentons de nouveaux procédés de détection de l'orientation du niveau 7S, qui doivent pouvoir être étendus directement à la détection d'un alignement.

PACS
3250 - Fluorescence, phosphorescence (including quenching).
3280B - Level crossing and optical pumping.

Key words
atom atom collisions -- atomic excited states -- atomic fluorescence -- atomic resonant states -- caesium -- laser beam effects -- optical rotation -- weak interactions atomic physics