Étude de la lumière de fluorescence d'atomes excités en interaction résonnante avec un laser. II. Vérification expérimentale application au niveau 2p4 du néon

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Étude de la lumière de fluorescence d’atomes excités en

interaction résonnante avec un laser. II. Vérification

expérimentale application au niveau 2p4 du néon

B. Decomps, M. Dumont

To cite this version:

B. Decomps, M. Dumont. Étude de la lumière de fluorescence d’atomes excités en interaction

réson-nante avec un laser. II. Vérification expérimentale application au niveau 2p4 du néon. Journal de

Physique, 1968, 29 (5-6), pp.443-455. �10.1051/jphys:01968002905-6044300�. �jpa-00206670�

ÉTUDE

DE LA

LUMIÈRE

DE

FLUORESCENCE D’ATOMES

EXCITÉS

EN

INTERACTION

RÉSONNANTE

AVEC

UN

LASER

II.

VÉRIFICATION EXPÉRIMENTALE

APPLICATION

AU

NIVEAU

_2p4

DU

NÉON

₍₁₎

Par B. DECOMPS et M.

DUMONT,

Faculté des Sciences de Paris,

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l’E.N.S., associé au C.N.R.S.

(Reçu

le 22

_{septembre 1967.)}

Résumé. 2014 La lumière de fluorescence émise par des atomes de néon d’une cellule C soumise à un

_champ

_magnétique

et

_placée

à l’intérieur de la cavité d’un laser _{à gaz est} modifiée lors

de _{l’irradiation par la} raie laser 03BB = 6 328 Å

(3s2-2p4)

du néon.

L’étude détaillée de ces modifications sur les raies de _{fluorescence émises par le niveau}

_2p4

permet

de vérifier les

_prévisions

_{théoriques développées}

dans un article antérieur

_{(2) .}

Elle montre, en

_{particulier, l’importance}

_{de l’effet de cascade par émission}

_spontanée

sur la

tran-sition 03BB = 6 328 Å. On trouve

que les

temps

de relaxation de la

_population

et de

_{l’alignement}

du niveau

_2p4

sont très différents. Les sections efficaces de collision

correspondantes

ont été mesurées. De

_plus,

on a mis en évidence un

_phénomène

de diffusion

_multiple

cohérente sur

la raie 5 943 Å

_(2p4-1s5)

sensible au courant de la

_décharge

excitatrice de C. Abstract. 2014 The fluorescence

light

emitted

_by

excited neon atoms of a cell C,

placed

inside

a laser

cavity,

is

_{strongly changed}

when a 6 328 Å laser beam illuminates the cell. A

_magnetic

field is

_applied

on C.

Detailed

_study

of this effect on the fluorescence lines emitted

by

the

_2p4

level shows

good agreement

with a theoretical

_{analysis published}

_previously

_{(2) .}

It shows the

_importance

of cascade effects due to

_spontaneous

emission on the

_3s2-2p4

transition.

_Population

and

alignment

relaxation times are found to be

_quite

different.

_{Corresponding}

collision cross-sections have been measured. The effect of "coherent"

_imprisonment

of the 5 943 Å line

_(2p4-1s5),

sensitive to the

_discharge

inside C, has been observed.

A. Le

montage

expdrimental

[1]

a

_[4].

-

L’en-semble des mesures _repose sur

_l’analyse

des variations

des

_{caractéristiques}

de la lumiere de fluorescence 6mise par des atomes de neon excites _par une

_decharge

lorsqu’ils

sont soumis a l’irradiation d’un laser de

polarisation

lin6aire.

Pour

_cela,

une cellule C

_remplie

d’un

_melange

d’h6lium et de neon en

_proportions

variables est

excit6e _par une

_decharge

continue d’intensit6

_r6glable.

C est

_plac6e

a l’int6rieur meme de la cavite laser.

En _outre, un

_{champ magn6tique}

_H,

_parall6le

a

_1’axe,

lui est

_applique.

L’oscillation laser est _{assur6e par} un

tube L

_{beaucoup plus}

_long

_que

_C,

dans

_lequel

la

nature du

_melange

helium-neon et l’intensit6 de la

decharge

sont

_ajust6es

_pour obtenir le maximum d’intensité lumineuse. Le tube L est

_{amplificateur}

pour

plusieurs

raies du neon. Le choix de la

longueur

(1)

Cette 6tude a ete r6ahs6e avec l’aide de la D.R.M.E.

(2) Journal

de

_Physique,

1968, 29, 181. Toutes les

réfé-rences, formules et

_paragraphes

de cet article

_theorique

sont

_precedes

de I.

d’onde d’oscillation est assure _par des miroirs a multi-couches

_{di6lectriques}

dont le coefficient de reflexion n’est

_proche

de _{1 que pour} une faible _gamme de

longueur

d’onde

_{( fig.}

1 a et 1

_c).

Quel

que soit le choix des

miroirs,

l’oscillation

peut

se

_produire

sur la

longueur

d’onde :

L’introduction de methane dans les intervalles libres de la cavite

_permet

d’absorber cette raie et de

_bloquer

cette oscillation. Le laser oscille alors

_uniquement

sur une des autres transitions

_possibles

sur notre _montage.

Dans la

_{quasi-totalite}

des

_experiences

decrites dans cet

article,

nous avons utilise l’oscillation laser sur la raie

X = 6 328

k

_{(3S2-2p4) qui}

nous a conduits a 1’etude

des niveaux

_3s2

et

_2p4.

On observe la lumiere de fluorescence 6mise par C

perpendiculairement

a 1’axe du laser simultan6ment dans deux directions

_{respectivement}

parall6les

et

perpendiculaires

à la direction de

_polarisation

du laser.

FIG. 1.

1

_{a) Montage}

_{experimental ;}

1

_b)

Directions d’observation ; 1

_c)

Niveaux

_d’6nergie

du neon.

Dans

_chaque

direction

d’observation,

le faisceau

lumi-neux traverse un

_{polariseur (7u}

ou

_a)

et les différentes

raies sont isolees _par un monochromateur suivi d’un

photomultiplicateur

(fig.

1

_b).

L’adjonction

a ce _montage d’une lame

semi-trans-parente

et d’un deuxieme monochromateur dans

chaque

direction d’observation

_permet

1’6tude simul-tanee de deux raies de fluorescence.

Un obturateur

_place

a l’int6rieur de la cavite

permet de couper l’irradiation laser. On

peut

ainsi

mesurer successivement le courant

_{photoélectrique}

(0)1

en l’absence d’irradiation laser et la modification A/

de ce courant

_provoqu6e

_par le laser.

Pour certaines mesures

(AH

et

_R),

seule la modifi-cation AI a de

_{l’importance :}

il est donc

_avantageux

d’atteindre directement cette modification _par une

modulation du faisceau laser. Une roue dent6e

entrai-n6e _par un moteur

_synchrone

_permet

d’obturer

perio-diquement

la cavite a une

_{frequence v}

= 130

cfs.

L’intensite du laser est alors modul6e en cr6neaux de

duree 1 = 4 ms; les

temps

de descente et de montee des cr6neaux obtenus sont inferieurs

_{a ij20.}

La duree des creneaux est tres

_sup6rieure

a toutes les constantes

de

_temps

du

_{systeme ( N}

10-8 s _{pour les} atomes et

N 10-6 _s

pour la construction de 1’onde

laser),

par suite la theorie stationnaire reste valable. Dans ces

conditions,

les raies de fluorescence issues de a et b

sont

_egalement

modul6es en cr6neaux. A 1’aide de

detections

_synchrones,

on mesure dans

_chaque

direc-tion d’observadirec-tion

_{l’amplitude}

AI de la modulation

correspondante

du courant

_{photoélectrique.}

L’introduction de la cellule C a l’int6rieur de la cavite est int6ressante a

_plusieurs

titres :

1. C est soumise a la

_grande

densite

_d’énergie

lumineuse

_produite

a l’int6rieur de la cavite laser.

Les effets de l’irradiation sont, par

suite,

bien

plus

importants

que si C se trouvait a l’extérieur du laser.

2.

_Cependant,

les

_{caractéristiques}

du milieu

ato-mique

de C et celles du

_rayonnement

laser 6mis par L

sont

_{indépendantes,}

ce

qui

est

_avantageux

a

_plusieurs

points

de vue :

a)

Cette m6thode necessite seulement

_{l’existence,}

dans

_C,

d’une diff6rence de

_population

entre le niveau

_sup6rieur

et le niveau inferieur de la transition laser. C n’est donc pas n6cessairement

amplificateur

puisque

le tube

L, lui,

assure l’oscillation laser. La

gamme de

pressions

et de

_melanges

que l’on peut

6tudier _par cette m6thode n’est _{donc limit6e que par}

la

_possibilite

d’obtenir une

decharge.

b)

Le

_{champ magn6tique applique}

sur C n’a aucune influence sur le fonctionnement du laser L.

L’exp6rience

montre en effet que C

_perturbe

tres _peu

les

_{caractéristiques}

de L. L’ensemble du tube

ampli-ficateur L reste dans un

_champ

tres

faible,

m6me

_quand

C est soumis a un

_champ

de

_plusieurs

dizaines de

gauss.

On

_peut

donc consid6rer comme fixes les

caract6-ristiques

du laser dans toutes les

_experiences

ou l’on fait varier le

_champ

_magn6tique

sur

_C,

alors que, dans

des

_experiences

_comparables

effectuées avec un seul

tube laser soumis a un

_{champ magn6tique}

sur toute

sa

_longueur,

il est n6cessaire de tenir

_compte,

dans

l’interpr6tation

des

_resultats,

de la reaction de H sur

l’oscillation laser.

B.

_Technique

de mesure de

_AH(l),

R(1) et F(1).

Influence de l’intensité du laser. - Dans

(I, E)

nous avons caractérisé les modifications de la lumiere de

fluorescence sous 1’effet de l’irradiation laser par les

les formules

_{(I.62), (I.63), (1.68), (I.55).}

L’inter-pr6tation physique

de ces

_grandeurs

_{suppose que}

l’intensit6 de l’irradiation laser est uniforme dans

toute la

_region

de C dont on observe les raies de

fluorescence.

_Or,

cette

_hypothese

_{n’est pas} v6rifi6e dans la

_pratique.

De

_plus,

certaines mesures sont

bas6es sur la

_comparaison

de l’intensit6 lumineuse

6mise dans les deux directions _cp = 0 et _cp =

nj2.

Il se _pose donc un

_probl6me

_{d’équilibrage}

entre les deux bancs de mesures.

Nous allons _exposer dans ce

paragraphe

la m6thode

qui

nous _permet de donner une

signification

aux mesures.

Le courant

_{photoélectrique}

I mesure dans chacune des directions est

_{proportionnel}

a la somme des

FIG. 2. -

Les volumes observes dans la cellule C.

contributions des volumes élémentaires vues _par le

systeme

de detection

_{( fig. 2) :}

s caractérise la sensibilite du

_systeme

de mesure. En

_particulier,

on observe la lumiere 6mise _par

certains atomes

_{qui n’interagissent}

_pas avec le faisceau

laser. Par

_suite,

la modification relative

_{macroscopique}

de l’intensit6 de

fluorescence,

d6finie par :

n’a pas de

_{signification}

_physique

_{precise :}

son ordre

de

_grandeur

constitue une borne inferieure de la

modification

_{microscopique}

_AL,/(O)LF

dans la

_region

irradiee.

En

_champ

_fort,

nous savons _que le _rayonnement

6mis est

_{isotrope; cependant,}

les valeurs mesur6es

_Mll

et

_Ml

_(dans

les

_{directions cp}

= 0

et cp

=

vc/2)

sont

sensiblement différentes car les volumes observes

_VII

et

_V1-

sont différents.

1. MESURE DE F(1). - F(1) est defini

par

(I.56)

comme la limite _pour les faibles intensités du laser de la

_{quantite :}

(1)

et

₍₂₎

6tant deux raies de fluorescence issues du

meme niveau

_(a

ou

_b).

Pour la determination de

_F,

il est essentiel de

comparer les raies de fluorescence 6mises par la m6me

region

de C et _par suite observ6es dans la meme

direc-tion,

avec la meme

_géométrie.

Pour

_cela,

on

_opère

de la maniere suivante :

_apres

la travers6e d’un

polariseur qui

isole la _composante 7t, la lumiere est

s6par6e

en deux faisceaux _par une lame

semi-réfléchis-sante. Sur chacun des

_faisceaux,

un monochromateur

permet d’isoler l’une des raies. Grace a

_{l’interrupteur}

place

dans la cavite

_laser,

on mesure les

_quantit6s

(0)1,,

et

_AI7,

simultanément sur les raies

₍₁₎

et

_(2).

On forme la

_{quantit6 :}

En

_reglant

les deux monochromateurs sur la m6me

raie,

on v6rifie que ce _rapport est _{tres peu} sensible

aux

reglages

optiques

et reste

_6gal

a 1 a mieux de 1

_%.

Ceci montre que, dans ces

conditions,

les

_regions

de C observ6es _par les deux

_{photomultiplicateurs}

sont

bien

_identiques.

F’ n’est pas en

_{general 6gal}

a F : _pour

_qu’ils

soient

égaux,

il faudrait _que l’intensit6 du laser soit uniforme

sur tout le volume irradi6

_(alors

I =

s4 Virradié).

Cependant,

nous allons montrer _que

_F’,

_{comme F,}

tend vers F(l)

_quand

l’intensit6 du laser tend vers

zero.

Supposons

pour

simplifier

que l’on peut

ecrire,

par

unite de

_volume,

_(2)LF

=

(2)lF

iX

(approximation

des

tres

_{grandes largeurs}

_Doppler).

On a alors :

Dans ces conditions :

Nous avons v6rifi6

_{expérimentalement}

_que cette

determination de F(1) est alors bien

_ind6pendante

de la direction d’observation en effectuant simultan6ment ces mesures dans les directions _cp = 0 _et

cp =

7r/2.

Les resultats obtenus sont

_identiques

a mieux _que 1

_%.

FiG. 3. - Determinations de

F’(I, II)

relatives au

niveau

_2P4

en fonction de l’intensit6 du laser

_{(80 %}

He, 20

_{% Ne, p}

= 1,55

torr).

La

_figure

3 montre un

exemple

de variation de F en fonction de

_ix

_pour le niveau

_2p4

du neon. Sur le

m6me

_graphique,

nous avons

_port6

_F’(H

=

0)

et

F’ (H = oo) .

Il

_apparait

_que

_{F’ (H = 0)}

est

ind6-pendant

de l’intensit6 du laser. Ceci est

_general

a

mieux _que 1

_{% pres}

_pour toutes les mesures faites avec

le niveau

_2p4.

_{Cette remarque} nous a

_permis

de

sim-plifier

la m6thode de mesure _pour ce niveau

_puisque,

a la

_precision

de nos mesures,

F’ (H

=

0)

= F(l).

2. MESURE DE R(1) ET DE AH(l). - La

largeur

AH

(I .62)

et la hauteur relative R

_(1.63)

de 1’effet Hanle

ne font intervenir que les

_changements

d’intensité de fluorescence a dus a l’irradiation

laser,

il ne se _pose

donc

_{qu’un probl6me d’6quilibrage}

entre les deux voies.

En

_effet,

en utilisant

(11.5),

on voit ais6ment que

FIG. 4. -

Enregistrement

typique

sur la raie X = 5 943 A

(2P4-1s5)

en fonction du

champ

H.

les

_{grandeurs macroscopiques}

_RII

et

_Rl

formées a

partir

de AIG et les

_{grandeurs microscopiques}

corres-pondantes

formées a

_partir

de ALI’ ne diff6rent _que

par des termes du 2e ordre en

_I,.

Leur limite R(1) est

donc la m6me.

De

_plus,

il est

_possible

de

_r6gler

les sensibilités _sll et _{s 1..}

des d6tecteurs de

_fagon

a

_6galiser

les valeurs de

_A/%

et

_AII,

en

champ

fort

(lorsque

ALI’ est

_isotrope).

Dans

ces

conditions,

la

comparaison

entre

_AIz

et

_AIG

a une

signification (au

moins au second

ordre) (fig. 4).

Avec cette

_{normalisation,}

la mesure de

A7//

-

AIl

61imine toute variation

_isotrope

et _augmente sensi-blement le

_rapport

_signal

sur bruit de la variation

anisotrope

en

_compensant

les fluctuations

_identiques

dans les deux directions

_{(fluctuations identiques}

de la

_decharge

de

_C,

fluctuations de tension de 1’alimen-tation commune aux deux

_{photomultiplicateurs).}

Cette m6thode est la

_{plus precise}

_pour verifier la forme de raie lorentzienne des courbes d’effet Hanle

et _pour mesurer la

_largeur

a mi-hauteur AH. Elle a

ete utilis6e de maniere

_syst6matique

dans ce but. La

difference

_{AI/O/ - AIG}

est construite

6lectronique-ment, soit directement a

_partir

du courant _{fourni par}

les

_{photomultiplicateurs (m6thode continue),}

soit a

partir

du

_signal

donne _par les detections

_synchrones

(m6thode

par modulation du

laser).

Les deux

m6-thodes sont sensiblement

_6quivalentes

_{pour la mesure} de AH.

Une etude

_syst6matique

de l’effet Hanle du

ni-veau

_3s2

irradi6 alternativement _par le laser À=6 328

A

et le laser X =

3,39

u a montre tout _{d’abord que} OH

varie lin6airement avec la

_puissance

du laser tant _que cette derniere est relativement faible

_{( fig. 5).}

D’autre

part,

la valeur

extrapolée

AH(l) _pour les intensités de

FIG. 5. - Effet de l’intensit6 d’irradiation _sur la

lar-geur AH de 1’effet Hanle du niveau

_{3s2 (10 %}

Ne,

90

_{% He, P}

= 1,2

torr).

laser 6vanescentes ne

depend

_pas de la raie laser

utilisée : conformément a la

_th6orie,

AH(l) est

transversal sous la seule influence des

_parametres

définissant le milieu

_atomique

de C. Cet effet

d’61ar-gissement peut

atteindre

_plusieurs

gauss

( N

20

_%

de la

_largeur)

avec la raie X = 6 328

A.

Cette

extrapo-lation est _par suite absolument n6cessaire _pour l’ob-tention d’une mesure

_precise

des relaxations. Elle

a ete faite de maniere

_syst6matique

dans toutes les

mesures dont nous

parlerons par

la suite.

Poux la mesure de

_RII

et

_R..1,

la m6thode de modu-lation du laser donne une bien meilleure

_precision

que la m6thode continue. Pour

cela,

on

_enregistre

simultan6ment le

_signal

_AI//

et

_AIL

fourni _par les detections

_synchrones

et on utilise la definition

_(1.63)

pour former

RJJ

et

_R..1.

I1 n’est _pas n6cessaire pour cette

mesure

_{d’equilibrer parfaitement}

les deux voies.

A

_partir

de

_RII

et

_R..1’

on forme R et R’

(for-mules

_(1.67)

et

_(1.68)).

On

_pourrait

mesurer

direc-tement le taux

_{d’anisotropie}

en

_champ

nul

_R’,

mais

ceci necessite un excellent

equilibrage

des deux voies.

La construction de R’ a

_partir

de

_Ril

et

_R.1..

est

_plus

rapide

et

_{plus precise.}

Les valeurs de

_RII

et

_R..1

_pour

les différentes raies de fluorescence issues du niveau

_3s2

sont

_trop

faibles pour

qu’une

etude

_precise

ait _{pu 6tre}

envisag6e

sur ce niveau. Pour le niveau

_{2 P4,}

_par

contre, il est

_possible

de verifier _que

_RJJ

et

_R..1

d6pen-dent effectivement de l’intensit6 d’irradiation

_ix.

La

_figure

6 montre la variation des valeurs absolues de

_{RII, R.1..,}

R et R’ en fonction de l’intensit6 du

WG. 6. - Determinations de

RI/, R I, R et R’ en fonction de l’intensit6 du laser

_{(80 %}

He, 20

_%

_{Ne; p} = 1,30 torr;

ic

= 7 mA ; niveau

2p4 ; raie À = 5 943

A).

laser

_{I, .}

On voit sur cette

_figure

l’utilit6 de construire R

et R’ : alors _que

_RII

et

_Rl

varient

_{beaucoup avec iÀ}

et

ne

_permettent

_pas une

_{extrapolation précise,}

R et R’

ont une variation faible et donnent R(l) avec une

bonne

_precision.

De

_plus,

R’ _peut 6tre considere comme

_indépendant

de

_ix

a la

_precision

de nos _mesures, c’est-a-dire a

mieux que 1

_{% pr6s.}

Ce fait a ete v6rifi6 dans de

nombreux cas et il nous a

permis

de

_simplifier

appre-ciablement la m6thode de mesure de R(1)

_(pour

le

niveau

_2P4)

Dans toute la

_suite,

nous

_partirons

des valeurs

_AHll),

R(1) et F(1) obtenues de cette mani6re. Cette extrapo-lation de

_{AH, R}

et

_F,

_{qui permet}

de s’affranchir des effets radiatifs

_{d’élargissement}

et de

_{depolarisation}

_par l’onde

_laser,

61imine par ce fait meme les

_couplages

provoqu6s

par 1’emission induite entre le niveau

sup6-rieur et le niveau inferieur.

Les

_{caractéristiques AH(l),}

R(1) et

F(1)

d’un niveau

sup6rieur

d’une transition laser doivent donc 6tre

attribuees a ce seul niveau. Nous savons

_{(I, E)}

_qu’il

n’en est _pas forc6ment de meme pour le niveau inf6-rieur en raison des transferts

_provenant

du niveau

sup6rieur

par emission

spontan6e.

L’étude d6taill6e du niveau

_sup6rieur

_3s2

de la transition laser X = 6 328

A

fera

l’objet

d’une

publi-cation ult6rieure

_[9].

Nous nous contenterons de

presenter

les resultats de cette etude

_{indispensables}

a

l’interpr6tation

des mesures effectu6es sur le niveau

inferieur

_2p4.

C. Le niveau

_{2 P4}

du ndon. - Le niveau

2p4

de

moment

_{cin6tique J.}

= 2 est le niveau inferieur a

de la transition X = 6 328

A

(3S2-2P4).

Le moment

cin6tique Jb

du niveau

_sup6rieur

_3s2

est

_egal

a 1.

Le niveau

_{2p4 possede}

trois raies de

_{fluorescence,}

reperees

dans toute _{la suite par les indices}

_I,

II et III

de

_longueurs

d’onde suivantes :

Il est _{int6ressant de comparer les resultats des} mesures

effectu6es sur la raie I

_(qui

aboutit sur un niveau

if

=

2)

a ceux obtenus sur les raies II ou III

(Jf, = 1).

La raie

_III,

_inseparable

d’une raie intense de

_l’hélium,

presente

dans la

_plupart

de nos

experiences,

n’a _pas

ete 6tudi6e de

_façon

_{syst6matique.}

1. L’EFFET DU TRANSFERT PAR EMISSION SPONTANEE.

- En raison du

couplage

avec le niveau

3s2

du a

1’emission

_spontan6e,

_{1’interpretation}

des resultats de

R(1),

F(1) et AH(l) relatifs au niveau

2p4

_{suppose la}

connaissance

_pr6alable

des

_{caractéristiques}

du

ni-veau

3s2.

En

_reportant

dans les formules

_(1.70)

les valeurs

num6riques

(a

=

_{2 P4, b}

=

_3s2),

on voit que la me-sure de F(ll et de R(l)

_permet

d’atteindre les

_{quantites :}

De

_m8me,

la correction a

_apporter

a la forme de

Lorentz

_de

1’effet Hanle est en valeur relative de

l’ordre de

Or,

l’étude précise

du niveau

_3s2

a

_partir

de l’irra-diation par la raie X = 6 328

A

(3S2-2p4)

est rendue difficile par la faible valeur des

alignements

cr66s. Elle a n6anmoins

permis

d’atteindre un ordre de

grandeur

des

_param6tres

du niveau

_3s2.

a) Transfert d’alignement.

- En tenant

compte

de

la diffusion

_multiple

coh6rente,

on trouve _{que le}

rapport

r b(O) /r b(2)

est au

plus

de l’ordre de

1/2

des

que la

pression

partielle

de neon est suffisante pour

que la raie de resonance

3s2-lpo

soit totalement r6absor-bee. Ceci se

_produit

surement des _que

_{PNe >}

200 _(1..

Dans ce

_{cas, l’effet}

du transfert _par emission

_spontan6e

est au moins

vingt

fois

plus

faible _pour

l’alignement

que pour la

composante

scalaire. Nous verrons

_plus

loin que ce transfert entraine une correction

relative-ment faible sur la

population

du niveau

2p4.

Il est

par suite

legitime

de

negliger completement

son effet sur les

_composantes

de

1’alignement.

Ceci

_implique

en

_particulier

_que 1’effet Hanle

observe sur

_I,

II et III est

_uniquement

du a l’interac-tion directe du

_rayonnement

laser avec le niveau

_2p4,

le transfert d’effet Hanle a

_partir

du niveau

_3s2

appor-tant une correction

n6gligeable.

Ce fait a _pu 6tre

v6rifi6

_{experimentalement}

de la maniere suivante : L’irradiation par un laser a la

longueur

d’onde

X =

3,39

u

(3s2-3p4)

d’intensit6 convenable entraine

sur le niveau

_3s2

le meme

changement

de

population

et la meme

_{proportion d’alignement}

_{que l’irradiation} a la

_longueur

d’onde X = 6 328

k

(3s2-2P4).

L’irra-diation a la

_longueur

d’onde X =

3,39 u

est _par contre sans effet direct sur le niveau

_2p4

et les modifica-tions observ6es alors sur

_I,

II ou III sont

_uniquement

dues aux transferts _par emission

_spontan6e.

Dans ces

conditions,

aucun effet Hanle n’est detectable sur le

niveau

_2P4.

Il est _{donc certain que la}

_largeur

AH(l)

de 1’effet Hanle observ6e sur

_I,

II ou III en

_presence

de l’irradiation a la

_longueur

d’onde X = 6 328

A

est reliee a la seule

_largeur

_ra(2).

Une preuve

suppl6mentaire

de ce fait est donnee par la

comparaison

des

largeurs

AH(l) obtenues dans les memes conditions de

_pression

et de

_decharge

lors de l’irradiation successive par les deux raies laser : X = 6 328

k

_(3s2-2P4)

et X =

1,15

11

(2s2-2P4)

(pour

laquelle

Ja

=

2,

Jb

=

1).

Le transfert

par emission

spontan6e

est sensiblement

_plus

_important

a

_partir

du niveau

_2s2

_qu’a

_partir

du niveau

_3s2.

Neanmoins,

comme le montre la

_figure

_7,

les

_largeurs

AH(l) d6-duites des deux

_experiences

sont

_identiques.

Cette

experience

qui

constitue _pour le niveau

_{2 P4}

le

_pendant

de celle d6crite en

_{(II. B. 2)}

_{pour le niveau}

_3s2

est

faite avec une

precision

de l’ordre de 1

%.

Elle montre

que l’on

peut

negliger

les transferts

_{d’alignement}

dans

ce cas. Il r6sulte de tout _{ceci que le} terme de transfert

peut

6tre

_n6glig6

_{pour les}

_alignements

_aPo

et

_aP2

dans

FIG. 7. - Effet de l’intensit6 d’irradiation _sur la

lar-geur AH de 1’effet Hanle du niveau

_{2p4 (80 %}

He,

20

_%

_{Ne, p} = 1,20

torr, ic

= 15

mA).

les formules

_{(I .47 . a).}

I1 n’est donc _pas necessaire de faire la correction

_{(II .8)}

sur la mesure de

_ra(2).

Cette

simplification

est due aux valeurs

_{particuli6res}

de

_J.

et

_Jb

_{pour lesquelles}

_(II.B)

contient un coefficient

_1/10.

Elle ne saurait 6tre

_g6n6ralis6e

dans le cas d’une raie

laser de

_J.

et

_Jb

_quelconques.

b) Transfert depopulation.

- L’irradiation _avec le

laser X

_{= 3,39}

_u

_{(§ C}

.1.

_a)

_{prouve que le transfert} de

_{population (3s2}

--*

_2p4)

n’est _pas

_n6gligeable.

De

plus,

les irradiations

_{laser À = 1,15 [.L et À = 6}

328

A

conduisent a des valeurs tres differentes de R(l) et F(l) :

comme ces mesures ont ete faites dans les m8mes

conditions

_{(pression, decharge, melange),}

il faut en

conclure que la difference vient du transfert de

population.

Il est donc n6cessaire de connaitre le

_rapport

Yba/r b

(0).

La

_probabilit6

_{de transition Yba} est _constante,

tandis que la relaxation

r b(O) depend

des conditions

experimentales,

en

_particulier

des collisions et de la diffusion

_multiple

sur la raie de resonance

_3s2-lpo.

Si X est le

_rapport

de branchement de cette raie

(À

=

Y3.,,-I,,./Yb) et x

son taux de

_{reabsorption,}

la formule

_(1.12)

donne :

L’6tude directe du niveau

_3s2

_[9]

_permet

de donner l’ordre de

_grandeur

de _ab et

_Bb.

D’autre

_part,

des que la

_{pression partielle}

de neon est

_sup6rieure

a

_{200 fl.,}

la

_reabsorption

de la raie de resonance est totale

(x

=

1).

A

1’exception

du cas du

_melange

a 1

_%

de

neon

_{(cf. §}

_{C . 3 . c),}

cette condition est

_pratiquement

(]Fb(o)).d.

peut

alors 6tre considere comme constant.

11

_repr6sente

la

_probabilit6

d’6mission

_spontan6e

sur

toutes les raies de fluorescence autres _{que la raie de}

resonance. C’est d’ailleurs 1’existence meme de ces

processus d’6mission

spontan6e

a cote de 1’emission

sur la raie de resonance

_qui

_permet

d’obtenir un

alignement

du niveau

_3s2,

_{bien que la diffusion}

mul-tiple

coh6rente de la raie de resonance soit

complete-ment saturee. Ce cas est tout a fait

_comparable

a celui du niveau

_3P(O)

du

_plomb

_{6tudi6 par} E. B. Saloman

et E. W.

_{Happer [5].}

On

_peut

alors définir le facteur de transfert :

les

_{pressions partielles}

etant

_exprimées

en torrs.

Dans ces

conditions,

_pour les raies I et

_II,

R(1)

et F(1) deviennent

_(en

utilisant

_{(I .66),}

_{(I .58),}

_{(II . 7)}

et

_{(11.11)) :}

On

_peut

_pr6voir

_{que 1’existence du transfert}

aug-mente les valeurs de R(1) et de F(1). Il est int6ressant

de _{poser :}

En

_effet,

A(1) est en theorie

_indépendant

de la raie de

fluorescence. D’autre

_part,

a faible

_pression,

_ra(2)

et

_ra(O)

tendent tous deux vers _{ya =}

_1/,r.

et la

mesure de A donne :

Il est

_{egalement possible}

de trouver _{eo par} une mesure

totalement

_{indépendante :}

Remarque :

Dans cette

_analyse,

nous avons

_n6glig6

tous les transferts d’excitation du niveau

_3s2

au

ni-veau

2p, plus complexes

_{que le processus} direct sur

la raie 6 328

A.

Un transfert de

_population

en trois

6tapes (3s2

--*

3p.; 3pn

--*

_{2sm; 2sm}

--->

_2p,)

_peut

exis-ter. Cet effet ne constitue

_qu’un

terme correctif

_qui

affecte seulement la determination de _{Yba que} l’on _peut d6duire de la connaissance de _eo. Une estimation

experimentale

de la modification de

_population

des niveaux 2s

_provoqu6e

_par le laser 6 328 conduit a une

correction inferieure a 2

_%

sur _Yba.

2. RECHERCHE DES PARAMHTRES AGISSANT SUR

_AH(l),

R(1) ET F(1). LES EXTRAPOLATIONS SUCCESSIVES.

-a)

L’analyse

simultan6e des raies I et II _permet

plusieurs

confrontations :

1)

On

_peut

mesurer simultan6ment AH sur les deux

raies. Ceci conduit au meme resultat a mieux _que 1

%

pr6s.

Il en est bien entendu de _{meme pour} AH(l).

2)

On

_peut

mesurer

Ríl)

et

_R(III)

: on v6rifie bien

que la

quantite

A(1) formée a

partir

de ces

grandeurs

est

_ind6pendante

de la raie de fluorescence

_{( fig.}

_8).

Ceci constitue une verification d’une

_hypothese

impor-FIG. 8. -

Comparaison

des deux determinations de A (1) sur les raies I et II

_{(80 %}

He, 20

_{% Ne, p}

= 0,95

torr).

tante de la th6orie : si la

_disparition

de 1’effet Hanle

en 1’absence d’irradiation laser prouve bien que la

decharge

ne cree pas

d’alignement

transversal,

l’iden-tit6 des deux determinations simultan6es de A constitue la verification la

_plus

sensible de

_{l’hypothèse suivant}

laquelle

la

_decharge

ne cree _pas non

plus d’alignement

longitudinal

(3) .

b)

On constate _{que les}

_{grandeurs AH(l),}

_{RP), Ríl)}

(ou

A(1))

et

_F(l)(I,

_{II) dependent}

sensiblement des

param6tres

suivants :

- la

composition

du

_melange

d’h6lium et de neon

contenu dans la cellule

_C;

- la

pression

totale de ce

_melange;

-

l’intensité ic

de la

_decharge

excitatrice.

(3)

En toute

_rigueur,

si

_{1’alignement}

n’est _pas nul, on

d6montre

_{que 1’egalite}

des deux mesures de A ne

_peut

etre _{realisee que} si le

_rapport

entre

_{1’alignement cree par}

la

_decharge

dans les niveaux a et celui cree dans le niveau b a une valeur d6termin6e. Il _{faudrait donc que} ce

_rapport

ait

_juste

la bonne valeur

_quelles

que soient les conditions

_{de pression,}

de

_melange

et de

_decharge,

ce

_qui

est hautement

_{improbable puisque}

les

_populations

sont tres sensibles a tous ces

_parametres.

Pour faire varier

_{ind6pendamment}

ces trois

para-m6tres,

nous avons ete amenes a

_operer

syst6mati-quement

de la maniere suivante :

On

_remplit

la cellule C a

_partir

d’une bouteille

contenant un

melange

d’h6lium et de neon en

pro-portions

fixes. En conservant la

_pression

constante

dans la

cellule,

on fait un ensemble de mesures _pour

differentes valeurs de

_{l’intensité ie}

de la

_decharge.

On

constate alors pour des intensités de

decharge

de

quelques milliamperes

que

AH(l),

R(,’)

et

_R(l)

varient lin6airement avec

ic,

alors que F(1) reste

_pratiquement

invariant. Nous 6tudierons en

(II . c . 4) l’origine

de ces

effets du courant de la

_decharge.

Les valeurs

_{AH (2)}

R’2) Rí1?

et F(2)

_extrapol6es

aux intensités de

d6charges

6vanescentes sont

_{caractéristiques}

des relaxations sous

1’effet de 1’6mission

_spontan6e

et des collisions avec

les atomes dans 1’etat fondamental.

Il suffit de

_reprendre

cette double

_{extrapolation}

(ix

et

_{ie) à}

différentes valeurs de la

_pression

pour

determiner 1’effet des collisions dans le

_m6lange.

Pour obtenir

_{ind6pendamment}

1’effet des collisions du neon

et de

_I’h6lium,

il faut recommencer avec de nouveaux

melanges.

Nous avons fait des mesures

_{syst6matiques}

sur

4

_{melanges :}

et _pour une

_vingtaine

de

_pressions

dans

_chaque

cas.

3. L’ETUDE DES COLLISIONS. DETERMINATION

QUAN-TITATIVE DE L’EFFET DE CASCADE. -

a)

H(2). Mesure

de

_{rb (2) .}

- On constate

experimentalement

que, pour

chaque

valeur de la

composition

du

m6lange

d’h6lium et de neon de la cellule

C,

AH(2) varie

lineai-rement avec la

_{pression ( fig. 9).}

D’autre

_part,

le

_point

extrapolé

AH(O)

aux

_pressions

6vanescentes est bien

indépendant

de la

_composition

du

_m6lange.

Ce

_point

commun

_correspond

a la

_largeur

naturelle du

ni-veau _ya

qui permet

le calcul de la duree de vie

[6] :

La

_pente

où P est la

_pression

du

melange repr6sente

physiquement

la variation relative du _temps de relaxation de

_{1’alignement}

due aux

collisions. On constate _{que c’est} une fonction lin6aire

de la

_proportion

d’h6lium et de neon de la cellule

( fig. 10).

ra(2)

s’exprime

de la maniere suivante :

les

_{pressions partielles PH,}

et

_PNe

6tant

_exprim6es

en

torrs.

En admettant

_qu’il

_règne

dans la cellule une

temp6-rature de 300

_OK,

ceci conduit a des sections efficaces

FIG. 9.

FIG. 10.

de collisions

_(avec

la definition de Mitchell et

Zeman-sky) [7] qui

prennent

les valeurs suivantes :

Ces valeurs sont tres

_comparables.

_Rappelons

_que

la transition

_Ne(2p4)

--->- Ne

_{(fondamental)}

est inter-dite. Dans des cas

_similaires,

les sections efficaces

d’hélium et de neon ont

_toujours

ete trouv6es tres

La

_precision

donnee ici est assez illusoire car on ne

connait pas la

_temperature

du

_melange

a l’int6rieur de la cellule

_(apres

_{extrapolation}

_{a ic nul).}

b)

A(2) et F(2). Mesure de

_ra(O)

et E. - Dans

1’expos6

des resultats relatifs aux mesures de A(2) et

_F(2)(I,

_II),

il faut

_distinguer

le cas du

_melange

a 1

%

de neon

des trois autres

_melanges

etudies.

FIG. 11. -

RI(2)

et

RII

pour un effet de cascade normal

_{(20 %}

Ne, 80

%

He).

FIG. 12.

Ri2)

dans le cas de faibles

_pressions

_partielles

de neon.

Examinons tout d’abord les resultats relatifs aux

trois derniers. Les valeurs

_{experimentales}

de

_RI(2)

et

_RII(2)

pour le

melange

a 20

%

de neon sont

_reportees

en

fonction de la

_pression,

sur la

figure

11,

et les valeurs de A(2) et F (2) sur les

figures

13 et 14 _pour les trois

melanges.

FIG. 13.

FIG. 13 a.

FIG. 14.

FIG. 14 a.

Comme

_ra(2)

est connu a

partir

de 1’6tude des

largeurs

des courbes d’effet

_Hanle,

A (2) et F(2) sont

completement

determines _{par e0} et

_ra(O).

Aux pres-sions

_6tudi6es,

_ra(o)

est une fonction lin6aire des

Les trois

_param6tres

_{zo, aa} et

_Ba

ont ete

_ajust6s

de maniere a coincider au mieux avec 1’ensemble des

resultats des mesures de A (2) realisees avec 20

%

et

100

_%

de neon. Sur

_{la ’figure}

_13,

les courbes en trait

plein

sont les courbes

_{theoriques (II.15),}

obtenues en

posant :

Les courbes en

_{pointill6s correspondent}

a

_{1’hypothese}

aa =

Ba

= 0

(pas

de collisions de «

_quenching

_»).

Les valeurs des

_parametres

ainsi obtenues ont 6t6 utilis6es pour construire la courbe

A(2)(p)

pour le

melange

a 10

_%

de neon

_{( fig.}

13

_a)

et les courbes

F(2)(P) (II .13) pour les trois melanges ( fig.

14 et

_{14 a).}

L’accord excellent entre les

_{points expérimentaux}

et

les courbes

_th6oriques

est une bonne confirmation de

la m6thode de mesure et de la theorie

_{(en particulier}

de 1’existence d’un seul _temps de relaxation _pour

1’alignement longitudinal

et

_{1’alignement}

_{transversal).}

Nous _pouvons donc ecrire :

ce

_qui

conduit aux sections efficaces :

Les sections efficaces

_S(0)

de destruction de la

population («

quenching

»)

sont nettement

_plus

faibles que les sections

efficaces E (2)

de destruction de

_{1’alignement.}

Nous constatons d’autre

_part

_{que le transfert de}

population

par emission

spontan6e

a

_partir

du

ni-veau

3sz

est un effet

_{important :}

Le transfert permet de

_comprendre

les valeurs de

1’anisotropie

en

champ

nul observees aux faibles

pres-sions. En

effet,

les valeurs

_{experimentales}

sont nette-ment

_sup6rieures

aux valeurs

_th6oriques

obtenues si l’on

_ignore

le transfert

_[2].

Toute mesure de section efficace par cette m6thode est entach6e d’erreur si l’on

n6glige

E.

En utilisant

_(II.11),

la mesure de _{e, permet} de

connaitre la valeur de la

_probabilite

de transition _Yba

(donc

la force d’oscillateur de la raie

_3s2-2p4)

si l’on

connait Yb et X par 1’etude du niveau

3s2.

Ces mesures

sont en cours.

c)

Cas du

_{melange a 1 % de}

nion. - Les valeurs de R(2)

et de A(2) obtenues a

_partir

du

_melange

a 1

_%

de neon

sont tres _{différentes de celles que l’on calcule} a

_partir

des valeurs de _s,

_ra(2)

et

_{r a (0)}

d6termin6es ci-dessus. Pour les

_interpreter,

il faut abandonner

_{I’hypoth6se}

de la

_reabsorption

totale de la raie de resonance

_3s2-lpo.

L’étude directe du niveau

_3s2

avec ce

melange

conduit par ailleurs a la meme conclusion.

En

_effet,

si la

_reabsorption

de la raie de resonance n’est _pas totale

_(x

_1),

la correction de transfert :

n’est

_{plus 6gale}

au facteur e défini

_pr6c6demment

(11.25).

Ces

_experiences

sont difficiles a

_interpreter

_pour ce

melange

en

proportions

constantes. En

_effet,

la

pres-sion

_partielle

de neon variant avec la

_pression

totale

_P,

le coefficient de

_reabsorption

x de la raie de resonance

varie et _par suite la

_proportion

_{de transfert par} 6mis-sion

_spontan6e

ne reste _pas constante.

C’est la raison

_qui

nous a conduits a r6aliser une

s6rie

_{d’experiences}

avec une

_pression

_partielle

de neon

constante et tres faible

_(PNe

= 10

y)

en

_augmentant

progressivement

la

_pression

d’helium. Les resultats

sont

_report6s

sur la

_figure

12. La courbe en

_pointill6s

correspond

aux valeurs de R calcul6es a

_partir

de

1’hypothese

Yb./ (]Pb (0)),.d.

=

E° =

0,20.

11 _est

mani-feste que cette

_hypothese

est a

_rejeter.

11 _y a _par contre

un bon accord entre les

_{points expérimentaux}

et la courbe en traits

_pleins

calcul6e avec

_{1’hypothese}

Yb./Yb (1 - )’X) = 0, 13.

Si,

apres

cette

_experience,

on _pompe

progressive-ment le

_melange

_obtenu,

on _peut effectuer des mesures

de R a

_proportion

de neon fixe

_{(5 O/oo}

dans le cas de

la

_{figure 12).}

On trouve des valeurs de R sensiblement inferieures a celles obtenues a

_pression

_partielle

de neon constante : dans la seconde

_experience,

la

_pression

partielle

de neon

_diminue;

il en r6sulte une diminution

du taux de

_{réabsorption x}

_{et, par}

_suite,

de

_{l’importance}

de transfert. Dans les deux cas, les collisions Ne-Ne*

sont

_{négligeables :}

la variation de leur nombre ne

_peut

donc

_expliquer

la difference observée.

4. L’EFFET DE L’INTENSITE DE LA DECHARGE.

-Revenons maintenant sur

1’interpretation

de 1’effet

de

_{l’intensité ic}

de la

_decharge

excitatrice sur nos mesures.

Lorsque ic

augmente,

on constate _que la

_largeur

6.H(1) des courbes d’effet Hanle diminue et _que,

d’autre

_part,

_RP)

et

_R(II(1)

diminuent

_egalement.

En

d’autres termes, une

_augmentation

de la

decharge

affine 1’effet Hanle et simultan6ment

_depolarise

les raies de fluorescence. Ces deux constatations ne

peu-vent

_{s’interpr6ter}

_par des collisions. Si on

admet,

en

effet,

que la

decharge

augmente

le nombre des

colli-sions,

on _peut

_comprendre

la

_{depolarisation}

observée,

mais on s’attend alors a une

_augmentation

de AH

contrairement a ce

_qui

est observe. Si en

_presence

de

la

_decharge

se

produit

un effet

thermique qui,

au

contraire,

diminue le nombre des

collisions,

on

inter-pr6te 1’affinement,

mais on ne

_peut

_{plus comprendre}

la

_{depolarisation.}

D’autre

_part,

dans le neon _{pur, pour} une

pression

de

_0,3

torr et une intensite de

_decharge

de 50

_mA,

on a

mesure une valeur de AH(’) inferieure a la

_largeur

duree de vie _{apparente sup6rieure} a la duree de vie radiative de 1’atome isole.

Enfin,

aucun affinement de ce _type n’est observe sur

le niveau

_3s2

dans le neon _{pur, alors que les} modifica-tions de

_largeur

du

_2p4

sont tres

_{appr6ciables.}

En

r6a-lite,

la

_precision

est nettement moins bonne et on

_peut

seulement affirmer

_qu’un

affinement eventuel du

ni-veau

3s2

est au moins trois fois

plus

faible _que celui du

_2p4

dans les memes conditions.

Cet ensemble de constatations nous a amenes a faire

l’hypothèse

de 1’existence d’un

_phénomène

de diffusion

multiple

coh6rente lie a la

_presence

du niveau

m6ta-stable

_1s5

et des deux niveaux

_ls2

et

_ls4

tres

_peupl6s

par suite du «

_{trapping »}

des raies de resonance aux

pressions

de neon ou nous

_op6rons.

Il est en effet

pr6visible

que la

population

de ces _{niveaux et, par}

suite,

le taux de

_reabsorption

des raies de fluorescence issues de

_2P4

vers ces niveaux _augmentent avec

ic.

La th6orie de la diffusion

_multiple

_permet

une

confrontation

_quantitative

de

1’affinement

et de la

depolarisation

observes.

En

_effet,

_{d’apr6s (I.12) :}

Il se trouve _{que dans le} cas

_particulier

des trois

raies de fluorescence

_I,

II et

_III,

tous les _mi sont

égaux

a a =

49/200

[5].

Il est _par suite int6ressant de

poser :

-x

_repr6sente

la

_proportion

de

_photons

emis a

_partir

du niveau

_2p4

et r6absorb6s dans la cellule.

La variation de x en fonction

_{de ic}

n’a _pas de raison

d’6tre

_simple.

Pour

_cela,

nous nous limiterons a l’étude

de la variation des

_grandeurs

observables _pour les faibles valeurs

_{de ic (pente}

a

_{l’origine).}

En utilisant

(11.27)

et les definitions

_(II.13)

et

_(II.15),

nous

obtenons :

Comme 1’6tude des collisions nous a

_permis

de mesurer tous les

_{param6tres figurant}

dans ces

_formules,

la determination

_{experimentale}

des variations de

AH(l),

A(l) et Flll constitue trois determinations

ind6-pendantes

de

_dx/di,,.

La variation de F(1)

_{avec ic}

6tant en

_general

tres

FIG. 15. - Affinement

avec la

_decharge.

FIG. 16.

faible,

nous avons cherché

_uniquement

à _comparer

les valeurs

dx

_(AH(1))

d6duites de l’affinement des

Xc

c

(

courbes d’effet Hanle à celles _que l’on obtient à

partir

de

_A(’),

_ue nous

_appelons

dx

(A(1)).

dic

Les

_figures

15 et 16 montrent les variations de d AH(l) dA(l)

d’

et de

dA

en fonction de la

_pression.

Pour

Xc

Xc

p

chaque proportion

du

_m6lange

_He-Ne,

on en déduit

que les valeurs de

dx

_(A(1)

et de

dx

_(AH(l))

varient

dic

dic

linéairement avec la

_{pression (ceci apparait}

sur la

figure

15 _pour

dd

_(I1H(1))

en raison de la

_{p ro p}

nalit6

_(11.29)),

mais les deux determinations sont differentes :

- Le

rapport

est de l’ordre

de

_1,3

_pour le neon _pur, de

_1,8

_{pour le}

_melange

a 20

_%

de

_neon,

de

_2,5

_pour le

_melange

a 10

_%

de neon.

Enfin,

pour le

melange

a 1

%

de

neon,

1’affinement

reste detectable alors que l’on observe une

augmen-tation tres

_16g6re

de la

_{polarisation.}

Il faut donc admettre que la diffusion

multiple

n’explique

pas a elle seule les resultats observes. En

particulier,

les mesures faites _pour le

melange

a 1

%

de neon

_{s’expliquent completement}

en admettant que

la

_decharge

_provoque un effet

thermique qui

diminue

le nombre des collisions. La cellule est en

effet

reliee

a un

_grand

volume

_(verrerie,

pieges...)

et la

_decharge

n’occupe qu’une

faible

_partie

de 1’ensemble.

_Lorsque

ic

croit,

il est

_logique

de

_pr6voir

une

_augmentation

locale de la

_temperature

T au niveau de la

_decharge,

alors que le reste de 1’enceinte se maintient a la

temperature

ambiante. Dans un tel

_systeme,

1’equi-libre des

_pressions

est assure _par une diminution locale

de la densite de _gaz.

_Comme,

_par contre, la vitesse

moyenne

croit,

on

_peut

_pr6voir

une variation du

nombre des collisions en T-1I2.

Si l’on admet la diffusion

_multiple

_n6gligeable

de

ce cas, il est

_possible

de mesurer avec

_precision,

sur

le

_melange

a 1

_%

de

_neon,

la modification relative du nombre des collisions

_provoqu6es,

a

_chaque

pres-sion,

par le courant de

decharge.

En admettant que

cette modification relative est _{a peu}

_pres

_ind6pendante

du

_pourcentage

de neon

_{(ce qui}

est tres vraisemblable

pour les

melanges

a 20

%

et 10

_%

de

_neon),

on

_peut

calculer la correction que cet effet

_thermique

de

decharge

entraine sur 1’affinement et la

_{depolarisation.}

Lorsque

les valeurs

_{expérimentales}

sont ainsi

corri-g6es,

les deux determinations de

_dxldi,,

coincident a

mieux de 20

_{% pr6s}

pour chacun des deux

melanges

a 10

_%

et 20

_%

de neon

_{( fig. 17).}

On constate dans ces deux cas _que

_dx/dic

est

proportionnel

a la

_pression

_partielle

de neon

_(les

pentes

sont dans un

_rapport

_2).

Remarquons

enfin

_qu’en

l’absence d’irradiation laser le

_rapport

des intensités des raies de fluorescence I

et II s’6crit :

Son 6tude

_{experimentale}

_permet

de

_s6parer

les contri-butions relatives des differentes raies. Si on fait

1’hypothese

que seule la raie X = 5 943

k

(2P4-lS5)

est r6absorb6e

_(x,

=

xIII =

0 ;

xj, =

x),

on

_peut

en tirer une derni6re estimation de la

_quantite

_dxldi,,.

Les

_points

_{expérimentaux}

ainsi obtenus coincident bien avec les deux autres mesures. On

_peut

donc

FIG. 17. - Différentes determinations de

dx/dic

a

_partir

de

conclure que le

phénomène

de diffusion

_multiple

coh6rente se

_produit

essentiellement sur la

transi-tion

_2P4-1s5.

Ceci est facile a

_{comprendre :}

le niveau

1s5

est metastable et _par suite

_{beaucoup plus}

_peuple

par la

decharge

que les deux niveaux

ls2

et

_ls4

_qui

sont des niveaux de resonance.

L’accord entre les différentes determinations _pour le neon pur est

_beaucoup

moins bon. Ceci n’est _pas

surprenant car les corrections de 1’effet

_thermique

sont

_beaucoup

_plus

difficiles a 6valuer dans ce cas.

En

_effet,

le

_comportement

de la

_decharge

6tant

forte-ment modifi6 _par la

_presence

de

_I’h6lium,

il n’est _pas

possible

d’utiliser les resultats obtenus avec le

_melange

a 1

_%.

D’autre _part, il semble bien _que, dans ce cas, la diffusion

_multiple

coh6rente ne se

_produit

_plus

uniquement

sur la raie 5 943

A.

I1 convient enfin de

souligner

que nous n’avons _pas introduit dans notre

interpretation

des

_ph6nom6nes

les collisions avec les electrons et les ions. A la

_precision

actuelle de nos

mesures, leur contribution n’est pas

separable

de

1’effet

_thermique

dont nous venons de

_parler.

D. Conclusion. - Cette etude du niveau

2p4

du neon nous a

_permis

tout d’abord de v6rifier 1’ensemble des conclusions de

_l’analyse

_{théorique :}

1’6tude du

rayonnement

de fluorescence d’atomes excites irradi6s

par un laser _permet de determiner avec

_precision

les

relaxations des niveaux inferieurs ou

sup6rieurs

de

la transition.

Pour obtenir des resultats

_{significatifs,}

il est

essen-tiel

_{d’extrapoler}

toutes les mesures aux intensités de

laser 6vanescentes. D’autre

_part,

dans 1’6tude d’un niveau inferieur de la

_transition,

il est

_{indispensable}

de tenir

_compte

du transfert _par emission

_spontan6e.

BIBLIOGRAPHIE

[1] PARKS

_(J.

_H.) et _JAVAN

_(A.),

Phys. Rev., 1965, 139,

A 1351.

[2]

HÄNSCH

_(Th.)

et TOSCHEK

(P.),

Phys. Lett., 1966, 20,

273 ; Phys. Lett., 1966, 22, 150. Notre calcul tenant

compte

du _{transfert par émission}

_spontanée

nous

permet

de

_corriger

la courbe

_théorique

de la

_figure

4

de ce dernier article. Pour P = 0, la valeur limite

doit être 0,26 et non 0,338. L’accord avec les

points expérimentaux

est alors bon.

[3]

DECOMPS

_(B.)

et DUMONT

_(M.),

C. R. Acad. Sc., 1966, 262 B, 1004.

[4]

DECOMPS

_(B.)

et DUMONT

_(M.),

C. R. Acad. Sc., 1966, 262 B, 1695.

[5]

SALOMAN

(E. B.)

et HAPPER

_(W.),

_{Phys. Rev., 1966,}

144, 7.

[6]

Cette durée de vie est

_légèrement

inférieure à la

valeur

_{(18,5 ±}

_{1,5 ns) mesurée par Bennett,}

_qui

n’a _pas tenu

_compte

de

_{l’emprisonnement («}

trap-ping »)

de la raie 5 943 Å :

BENNETT

(W. R.),

KINDLMANN

_{(P. J.)}

et MERCER

(G. N.), Appl. Optique,

Supplement

on Chemical

lasers, 1965, p. 34. KLOSE

(J. Z.),

Phys. Rev., 1966, 141, 181. La valeur trouvée par Klose

(22 ns)

est

plus

nettement différente.

[7]

MITCHELL

(A.

C.)

et ZEMANSKY

_{(M. W.), Cambridge}

University

Press, 1934.

[8]

PIKETTY-RIVES

_{(C. A.),}

GROSSETÊTE

_(F.)

et

BROS-SEL

(J.),

C. R. Acad. Sc., 1964, 258, 1189.

FAROUX

_{(J. P.)}

et BROSSEL

(J.),

C. R. Acad. Sc., 1967, 264, 1452.

BARRAT

_{(J. P.),}

CASALTA

_{(Mlle D.), COJAN (J. L.) et}

HAMEL

(J.), J.

Phys. Rad., 1966, 27, 608.