IV. Résultats
1) Pompage optique avec une lampe à décharge
Des
enregistrements
sont faits enbalayant l’amplitude
duchamp
B
o
,
pour différentes valeurs de lapuissance
duchamp
deradiofréquence
B
1 appliqué
aux atomeset, éventuellement,
pour différentesfréquences
de ce
champ
defaçon
à vérifierl’étalonnage
de la voie X(le
facteurde Landé du niveau étudié est très bien connu
[19] ).
IV. RESULTATS1) Pompage optique
avec unelampe
àdécharge
a) Caractéristiques
de larésonance magnétique observée
Nous avonsobservé,
dans les conditionsexpérimentales
dé-critesci-dessus,
unsignal
de résonancemagnétique
centré sur la valeurdu
champ Bo
déduite du facteur de Landé g du niveau(g
=2).
Une courbeexpérimentale
estreproduite
sur lafigure
5.Nous avons effectué différents tests de
façon
à nous assurer quela résonance observée était bien celle que nous cherchions et non pas
en
particulier
celle du niveau23S1
de4He qui
aégalement
pour facteur deLandé
g = 2(de
l’hélium étaitprésent
à la fois dans la cellule etdans la
lampe qui
émettait donc la raie à1,08 p;
celle-ci aurait pu, parpompage optique,
orienter les métastables23S1 présents
dans lacellule).
Nous avons vérifié :~ que
lesignal
observé résultait bien d’une modification de la lumière absorbée par la cellule à 7773Å,
enplaçant différents
filtres devant le PM de
détection;
~ que
la résonance observée était celle deO(5S),
en utilisant unecellule
remplie d’3He
et non pasd’4He;
on a étudié deplus,
dans les mêmes conditionsexpérimentales,
la résonancemagnétique
de4
He (23S1)
et constatéqu’elle
avait unelargeur différente;
~ que l’oxygène
était bien directement orienté par la lumière depompage à 7773
Å
et non par un transfertd’orientation
àpartir
de l’hélium
(le remplacement
dupolariseur
circulaire par unautre,
circulaire pour lalongueur
d’onde1,08
03BC, donne lieu àun
signal beaucoup plus petit).
L’amplitude
dusignal
obtenu estpetite :
environ10-5 de
19
d’hélium et
0,4
mtorrd’oxygène,
dont le tauxd’absorption
est de4 x
10-3, la variation
relativeA0394L/LA
de la lumière absorbée est donc de2,5
x 10-3 (LA
est la lumière absorbée par lesmétastables,
et0394LA
la variation maximum de celle-ci due à la désorientation du niveau
5S
par résonancemagnétique).
La
largeur
de la résonance estfaible,
de l’ordre dumG,
àpeine
supérieure
à lalargeur
radiative(0,6 mG).
Le métastable5S
est donc peudésorienté par les collisions
qu’il
subit dans la cellule.b)
Etudesystématique
de lalargeur
de la résonanceNous avons cherché à mettre en évidence les causes de
déso-rientation du métastable
5S.
Pourcela,
nous avons fait varier un parun les
paramètres expérimentaux,
en mesurant àchaque
fois lalargeur
0394B
o
de la résonance enextrapolant
lalargeur
observée0394B
obs.
àpuissance
de
radiofréquence
nulle(on sait
en effet queobs.20394B - 0394B2o ~ B12).
Nous n’avons observé aucun effet de l’intensité du faisceau de
pompage.
Etant donnée la faible intensité dont nousdisposions,
letemps
de pompage est certainementlong
devant la durée de vie du niveau.L’intensité de la
décharge
dans la cellule n’influe pas nonplus
sur la
largeur
de la résonance. Les collisions des électrons de ladé-charge
avec le métastable5S
ne semblent doncjouer
aucunrôle,
nonplus
que les collisions entre deux atomes
d’oxygène (le
taux de dissociationdépend
de l’intensité de ladécharge).
De
plus,
lacomparaison
dessignaux
obtenus avecdifférentes
pressions
d’hélium(entre 0,1
et1,0 torr),
et pour unepression
donnéed’oxygène,
n’a paspermis
de mettre en évidence d’effet de lapression
d’hélium sur la
largeur
dusignal.
Ce faits’explique simplement :
lescollisions du métastable
5S
avec le fondamental1S
de l’hélium nedépo-o
larisent pas le métastable
(règle
deWigner
de conservation duspin
élec-tronique
dans unecollision).
Signalons également
que, dans ces conditions depression,
letemps
dediffusion
des atomes métastables vers lesparois
de la celluleest d’au moins
10-3 s.;
les collisions sur lesparois
constituent donc20
Finalement,
nous n’avons pu mettre en évidenceexpérimentalement
de variation de lalargeur
dusignal
de résonancemagnétique qu’en
fonction d’un seul
paramètre :
lapression d’oxygène
dans la cellule.Une étude
systématique
del’évolution
de cettelargeur
en fonction de lapression d’oxygène
a été menée dans la gamme depression
où lesignal
est suffisamment
grand
pour être étudié(au-dessus
de 1 à 2 mtorrd’oxy-gène,
lesignal
est trèsfaible,
en raison même des collisionsdépolari-santes).
Le résultat de cette étude estporté
sur lafigure
6. Les traitscorrespondent
aux incertitudesexpérimentales (liées
àl’extrapolation
de lalargeur
àpuissance
deradiofréquence nulle).
La droitepointillée
est obtenue par une méthode de moindres carrés. Son ordonnée à
l’origine
est de
0,7
mG; la flècheindique
lalargeur d’origine
radiative(0,6 mG).
Ladifférence
entre les deux valeurs estcomparable
àl’homogénéité
duchamp magnétique Bo
sur le volume de la cellule( ).
La
pente
de la droite est d’environ 1mG/mtorr.
Cela nouspermet
de déduire pour la section efficace dedépolarisation
par collisionO(
5
S) - O2
la valeur 37 ± 5Å2 (cette
valeur est calculée ensupposant
que le métastable est totalementdépolarisé
àchaque collision).
Etantdonné que l’état fondamental de la molécule
O2
est un état303A3,
lepro-cessus
responsable
de ladépolarisation
du métastable lors d’unecolli-sion nous
parait
êtrel’échange
despin.
Si cettehypothèse
estcorrecte,
il faudrait tenircompte,
dans l’évaluation de la section efficace d’échan-ge despin,
d’une conservationprobable
d’unepartie
de l’orientation despin électronique
du niveaumétastable,
defaçon analogue
à cequi
seproduit
dansl’échange
de métastabilité[31];
la section efficace obtenue serait alorssupérieure
à 37Å2.
c) Limites
de laméthode
Nous avons pu mener l’étude du
signal
de résonancemagnétique,
mais seulement sur une gamme de
pression d’oxygène réduite,
à cause de lafaible
amplitude
dusignal
observé. Celle-ci estdue,
entreautres,
aufaible taux d’orientation obtenu : la
plus grande
valeur de0394LA/LA
mesuréeest de 5 x
10-3à
très faiblepression d’oxygène.
(*) On peut
avoir un bon test del’inhomogénéité
duchamp magnétique
surle volume de la cellule en effectuant la résonance
magnétique
du niveau3
S
1
de4He
dont lalargeur homogène (radiative
+collisionnelle)
esttrès
faible. Nous avonsmesuré
lalargeur
de cetterésonance magnétique
dans les mêmes conditionsexpérimentales
que pourl’oxygène
et à unepression
où la diffusion vers lesparois
n’intervient pas; la valeur obtenue est de0,15 ± 0,05
mG.21
Une
première
raison en est la faible intensité lumineuse émise par lalampe
àdécharge. Cependant
une deuxième raisonintervient,
liéeau fait que le pompage et la détection se font ici par l’intermédiaire
des trois raies de structure fine de la transition
5S-5P.
Auxpressions
que nous avons
utilisées,
les collisionsdépolarisantes
dans le niveau5
P
ont un effetnégligeable
et les 3 raies de pompage créent des orienta-tions de mêmesigne
dans le niveau5S. Cependant,
lessignaux
correspon-dants,
détectés surl’absorption
des trois raies J = 2 ~ J =1,
J = 2 ~ J = 2 et J = 2 ~ J = 3,
se retranchentpartiellement (ils
sontaffectés des coefficients
+5,
+9 et-14) [32][33] .
Dans le cas où les3 raies seraient émises avec la même
intensité,
lesignal
total serait nul : une orientationpurement
despin
nepeut
être détectée. Eneffet,
letemps
de passage dupaquet
d’ondes excitateur esttrop
court pour que lecouplage responsable
de la structure fine dans le niveau5P
ait letemps
de seproduire.
Enréalité,
lespectre
de la lumière émise par lalampe
montre que les trois raies enquestion
ont des intensitésdiffé-rentes, correspondant approximativement
auxpoids statistiques
des trois niveaux de structure fine.2) Pompage optique
avec un laser à colorant
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Pompage optique d'atomes métastables, effets de sélectivité en vitesses induits par un laser monomode
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