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5 DEPOUILLEMENT DES SIGNAUX EXPERIMENTAUX 131

5.4 Analyse de l’effet Stark

5.4.1

Détermination du champ électrique

Comme

je

l’ai

expliqué précédemment, malgré

tout le soin que l’on a

pris

pour

construire le

jet atomique,

il subsiste un

léger champ électrique

résiduel que l’on ne

connaît pas. Pour

l’évaluer,

nous avons excité une transition à

deux-photons

vers une

valeur de n

plus

élevée. En effet

plus

le nombre

quantique principal

est

grand, plus

le niveau est sensible au

champ électrique parasite.

Dans la

pratique,

nous faisons en

début de

cycle

de mesures et en

fin,

une

journée d’enregistrements

de la transition à

deux-photons

2S - 15D à une

puissance

donnée de l’ordre de 40 W. On moyenne

l’ensemble de ces

enregistrements.

Grâce au calcul mené au

chapitre quatre,

on

peut

connaître la forme de raie pour différents

champs électriques.

On

ajuste

ensuite le

signal

expérimental

par cette courbe

théorique dépendant

du

champ électrique (à

la différence des

ajustements

habituels

précédemment décrits,

la courbe

théorique

est utilisée telle

quelle

sans convolution par une

gaussienne).

La

figure

64 montre les

ajustements

d’un même

signal expérimental

pour différents

champs électriques (2, 3,

4

mV/cm).

Pour

cet

enregistrement,

c’est

l’ajustement

avec un

champ électrique compris

entre 2 et

3

mV/cm qui

semble le meilleur. En faisant ce

dépouillement

pour l’ensemble des

signaux

on trouve

plutôt

un

champ électrique

de 3

mV/cm.

On vérifie que pour deux diamètres du

premier diaphragme

différents

(4,4

et

3,6 mm),

on retrouve la même valeur de

champ électrique.

Fig.

64: Exemple d’ajustements d’un même signal expérimental

(transition 2S1/2 - 15D5/2

de l’atome

d’hydrogène)

pour différents champs

électriques.

5.4.2

Evaluation de l’effet Stark

sur

la position de la raie

Pour voir l’effet d’un tel

champ

sur la

position

de la raie de la transition

2S1/2

-8D

5/2

de

l’hydrogène,

nous avons simulé un

signal "pseudo-expérimental"

en faisant le

calcul de la forme de raie pour cette transition avec un

champ électrique

de 3

mV/cm.

Le

principe

de la simulation est le suivant : nous calculons des courbes

théoriques

qui

tiennent

compte

d’un effet

particulier

de

l’expérience

que nous voulons

analy-ser

(ici

le

champ électrique résiduel).

En convoluant astucieusement par une

gaus-sienne de

largeur fixe,

nous transformons ces formes

de

raies en des courbes

"pseudo-expérimentales", qui

miment en

quelque

sorte un

signal expérimental.

Nous

plaçons

ensuite ces courbes dans des fichiers

expérimentaux

en

prenant

une intensité

lumi-neuse IT

qui

est

1/0,22 P,

P étant la

puissance

que l’on a

imposée

dans le calcul. On

ajuste

alors ces courbes par les courbes

théoriques

habituelles suivant le

principe

décrit ci-dessus. On

regarde

l’évolution de

pr0

en fonction du

paramètre qui

nous in-téresse. Cette méthode

permet

de nous affranchir des difficultés de

l’expérience,

car on contrôle

parfaitement

le

paramètre

que l’on cherche à

analyser.

Ces

signaux

ne

comportent

évidemment pas de bruit résiduel et la différence entre le

signal

expéri-mental et la courbe

théorique ajustée

est de l’ordre de

10-2.

Nous

ajustons

les

signaux

pseudo-expérimentaux

obtenus pour

quinze puissances

différentes allant de 10 à 150 W. La

figure

65 montre la courbe donnant la différence

pr0 (en présence

de

E)

-pr0 (en

l’absence de

E)

en fonction de la

puissance.

L’écart en

fréquence

est donné

pour la

fréquence

de la transition à

deux-photons.

Dans un

premier temps,

nous avons

tracé cette courbe pour un

champ électrique

de 3

mV/cm qui

est le

champ

résiduel

que l’on pense avoir dans notre

jet d’après

les

ajustements théoriques

des

signaux

de la transition vers le niveau n = 15. Comme le montre la

figure 65,

le

déplacement

de la

position

de la raie

corrigée pr0

obtenu en

présence

d’un tel

champ électrique

est du même ordre que la

précision

du calcul soit d’au

plus

500 Hz.

Pour tenter de voir un

effet,

nous avons refait la même simulation mais en calculant

des courbes

pseudo-expérimentales

pour un

champ électrique

de 8

mV/cm

de

façon

à

amplifier

l’effet dû au

champ électrique

afin de faire sortir l’effet de la barre d’erreur. Le

déplacement

est alors de

quelques

kHz comme le montre la courbe de la

figure

65. Ce

déplacement s’explique (cf chapitre précédent)

par des effets de forme de raie dus entre autres à la saturation des

signaux.

Ce

déplacement dépend

effectivement

de la

puissance lumineuse,

comme le montre la

figure

65. Cette

expérience

confirme

donc la nécessité de contrôler au mieux le

champ électrique

à l’intérieur de notre

jet.

Cependant,

elle nous

permet

d’affirmer que dans le cadre de nos mesures où le

champ

électrique

résiduel est de 3

mV/cm,

l’effet dû aux

champs électriques

est

négligeable

au

regard

de la

précision

de la mesure. Cet effet est

uniquement

au

mélange

des niveaux

8D

5/2

et

8F5/2.

Les autres niveaux étant

beaucoup plus éloignés

comme le montre la

figure

46 du

chapitre cinq,

ils ne contribuent pas à l’effet Stark linéaire.

Cependant,

il faut aussi tenir

compte

de l’effet Stark

quadratique,

dont les effets ont été

analysés

Fig.

65: Ecart sur les positions pr0 avec et sans

champ

électrique en fonction de la puissance P

estimée par l’ajustement

(cas

d’une transition

2S1/2 - 8D5/2

dans

l’hydrogène).

la raie de -480 Hz pour la transition

- 1/22S 8D5/2,

de -327 Hz pour la transition

2S

1/2

- 8D3/2

et de

+700

Hz pour la transition

2S1/2 - 8S1/2.

En ce

qui

concerne

l’élargissement

dû à l’effet Stark

linéaire,

il suffit de comparer les formes de raie obtenues en

présence

et en l’absence de

champ électrique

pour les deux transitions étudiées. En faisant cela pour deux transitions et

plusieurs champs

électriques,

on

peut

vérifier que les

largeurs

sont bien

proportionnelles

à

n2,où n

est

le nombre

quantique principal

du niveau

excité,

et à E la valeur du

champ électrique

résiduel. Cet

élargissement

dû à l’effet Stark

0394vs

est de l’ordre de 140 kHz pour la transition 2S -

8D5/2

dans

l’hydrogène

et ne

dépend

pas de la

puissance.

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