5 DEPOUILLEMENT DES SIGNAUX EXPERIMENTAUX 131
5.4 Analyse de l’effet Stark
5.4.1
Détermination du champ électrique
Comme
je
l’aiexpliqué précédemment, malgré
tout le soin que l’on apris
pourconstruire le
jet atomique,
il subsiste unléger champ électrique
résiduel que l’on neconnaît pas. Pour
l’évaluer,
nous avons excité une transition àdeux-photons
vers unevaleur de n
plus
élevée. En effetplus
le nombrequantique principal
estgrand, plus
le niveau est sensible auchamp électrique parasite.
Dans lapratique,
nous faisons endébut de
cycle
de mesures et enfin,
unejournée d’enregistrements
de la transition àdeux-photons
2S - 15D à unepuissance
donnée de l’ordre de 40 W. On moyennel’ensemble de ces
enregistrements.
Grâce au calcul mené auchapitre quatre,
onpeut
connaître la forme de raie pour différents
champs électriques.
Onajuste
ensuite lesignal
expérimental
par cette courbethéorique dépendant
duchamp électrique (à
la différence desajustements
habituelsprécédemment décrits,
la courbethéorique
est utilisée tellequelle
sans convolution par unegaussienne).
Lafigure
64 montre lesajustements
d’un mêmesignal expérimental
pour différentschamps électriques (2, 3,
4mV/cm).
Pourcet
enregistrement,
c’estl’ajustement
avec unchamp électrique compris
entre 2 et3
mV/cm qui
semble le meilleur. En faisant cedépouillement
pour l’ensemble dessignaux
on trouveplutôt
unchamp électrique
de 3mV/cm.
On vérifie que pour deux diamètres dupremier diaphragme
différents(4,4
et3,6 mm),
on retrouve la même valeur dechamp électrique.
Fig.
64: Exemple d’ajustements d’un même signal expérimental(transition 2S1/2 - 15D5/2
de l’atomed’hydrogène)
pour différents champsélectriques.
5.4.2
Evaluation de l’effet Stark
surla position de la raie
Pour voir l’effet d’un tel
champ
sur laposition
de la raie de la transition2S1/2
-8D
5/2
del’hydrogène,
nous avons simulé unsignal "pseudo-expérimental"
en faisant lecalcul de la forme de raie pour cette transition avec un
champ électrique
de 3mV/cm.
Le
principe
de la simulation est le suivant : nous calculons des courbesthéoriques
qui
tiennentcompte
d’un effetparticulier
del’expérience
que nous voulonsanaly-ser
(ici
lechamp électrique résiduel).
En convoluant astucieusement par unegaus-sienne de
largeur fixe,
nous transformons ces formesde
raies en des courbes"pseudo-expérimentales", qui
miment enquelque
sorte unsignal expérimental.
Nousplaçons
ensuite ces courbes dans des fichiers
expérimentaux
enprenant
une intensitélumi-neuse IT
qui
est1/0,22 P,
P étant lapuissance
que l’on aimposée
dans le calcul. Onajuste
alors ces courbes par les courbesthéoriques
habituelles suivant leprincipe
décrit ci-dessus. On
regarde
l’évolution depr0
en fonction duparamètre qui
nous in-téresse. Cette méthodepermet
de nous affranchir des difficultés del’expérience,
car on contrôleparfaitement
leparamètre
que l’on cherche àanalyser.
Cessignaux
necomportent
évidemment pas de bruit résiduel et la différence entre lesignal
expéri-mental et la courbe
théorique ajustée
est de l’ordre de10-2.
Nousajustons
lessignaux
pseudo-expérimentaux
obtenus pourquinze puissances
différentes allant de 10 à 150 W. Lafigure
65 montre la courbe donnant la différencepr0 (en présence
deE)
-pr0 (en
l’absence deE)
en fonction de lapuissance.
L’écart enfréquence
est donnépour la
fréquence
de la transition àdeux-photons.
Dans unpremier temps,
nous avonstracé cette courbe pour un
champ électrique
de 3mV/cm qui
est lechamp
résiduelque l’on pense avoir dans notre
jet d’après
lesajustements théoriques
dessignaux
de la transition vers le niveau n = 15. Comme le montre lafigure 65,
ledéplacement
de laposition
de la raiecorrigée pr0
obtenu enprésence
d’un telchamp électrique
est du même ordre que laprécision
du calcul soit d’auplus
500 Hz.Pour tenter de voir un
effet,
nous avons refait la même simulation mais en calculantdes courbes
pseudo-expérimentales
pour unchamp électrique
de 8mV/cm
defaçon
àamplifier
l’effet dû auchamp électrique
afin de faire sortir l’effet de la barre d’erreur. Ledéplacement
est alors dequelques
kHz comme le montre la courbe de lafigure
65. Ce
déplacement s’explique (cf chapitre précédent)
par des effets de forme de raie dus entre autres à la saturation dessignaux.
Cedéplacement dépend
effectivementde la
puissance lumineuse,
comme le montre lafigure
65. Cetteexpérience
confirmedonc la nécessité de contrôler au mieux le
champ électrique
à l’intérieur de notrejet.
Cependant,
elle nouspermet
d’affirmer que dans le cadre de nos mesures où lechamp
électrique
résiduel est de 3mV/cm,
l’effet dû auxchamps électriques
estnégligeable
auregard
de laprécision
de la mesure. Cet effet estuniquement
dû aumélange
des niveaux8D
5/2
et8F5/2.
Les autres niveaux étantbeaucoup plus éloignés
comme le montre lafigure
46 duchapitre cinq,
ils ne contribuent pas à l’effet Stark linéaire.Cependant,
il faut aussi tenircompte
de l’effet Starkquadratique,
dont les effets ont étéanalysés
Fig.
65: Ecart sur les positions pr0 avec et sanschamp
électrique en fonction de la puissance Pestimée par l’ajustement
(cas
d’une transition2S1/2 - 8D5/2
dansl’hydrogène).
la raie de -480 Hz pour la transition
- 1/22S 8D5/2,
de -327 Hz pour la transition2S
1/2
- 8D3/2
et de+700
Hz pour la transition2S1/2 - 8S1/2.
En ce
qui
concernel’élargissement
dû à l’effet Starklinéaire,
il suffit de comparer les formes de raie obtenues enprésence
et en l’absence dechamp électrique
pour les deux transitions étudiées. En faisant cela pour deux transitions etplusieurs champs
électriques,
onpeut
vérifier que leslargeurs
sont bienproportionnelles
àn2,où n
estle nombre