Chapitre 6. Avancées en spectroscopie à haute résolution
Pages 113 à 136
Citer ce chapitre
- COHEN-TANNOUDJI, Claude
- et GUÉRY-ODELIN, David,
- Cohen-Tannoudji, Claude.
- et al.
- Cohen-Tannoudji, C.
- et Guéry-Odelin, D.
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- Cohen-Tannoudji, C.
- et Guéry-Odelin, D.
- Cohen-Tannoudji, Claude.
- et al.
- COHEN-TANNOUDJI, Claude
- et GUÉRY-ODELIN, David,
Notes
-
[1]
Nous reviendrons aux chapitres 12 et 13 sur les méthodes de refroidissement par laser qui permettent de réduire la vitesse des atomes de sorte que l’on puisse ignorer l’effet Doppler.
-
[2]
Voir le chapitre 2.
-
[3]
Voir [Kleppner et Haroche (1989)] et les références incluses.
-
[4]
Voir le chapitre 2.
-
[5]
Cela n’est plus vrai dans le domaine des rayons gamma (voir §2.3.1).
-
[6]
L’écart entre les deux états excités 3P3/2 et 3D3/2 est négligeable par rapport au déplacement de Lamb.
-
[7]
L’atome peut aussi absorber deux photons qui se propagent dans la même direction, un processus qui donne lieu, en dessous de la raie étroite, à un fond élargi par effet Doppler.
-
[8]
Les atomes transférés de 1s à 2s par la transition à deux photons sont détectés en appliquant un champ électrique statique qui contamine l’état 2s par l’état voisin 2p. Cela donne lieu à une altération de la métastabilité de l’état 2s et à l’émission de photons ultraviolet Lyman α, facilement détectables.
-
[9]
Voir chapitre 21.
-
[10]
Notons que selon l’application, il est parfois nécessaire de tenir compte d’un effet Stark différentiel résiduel entre l’état fondamental et l’état excité, provenant d’une suppression imparfaite du champ électrique statique à la position de la particule. De plus, des champs électriques d’origine thermique peuvent également jouer un rôle.
-
[11]
Voir la figure 2.1 du chapitre 2.
-
[12]
Pour un atome diffusant dans un gaz, on peut montrer que la forme de raie est une lorentzienne de largeur
, où
est la largeur Doppler et l le libre parcours moyen.
-
[13]
Cela ne veut pas dire, stricto sensu, que l’on observe l’ion lui-même. Ce que l’on observe est la lumière qu’il émet. On ne peut donc observer l’ion optiquement avec une résolution spatiale meilleure que la longueur d’onde du laser.
-
[14]
Dans une expérience de haute résolution, on excite alternativement avec les lasers rouge et bleu pour éviter les déplacements lumineux dus au laser bleu pendant les périodes d’excitation sur la transition faible par le laser rouge.
-
[15]
Voir le chapitre 18.
-
[16]
Pour une revue, voir [Udem et Riehle (2007)].
-
[17]
Voir chapitre 27.
-
[18]
Nous verrons au chapitre 27 que la mesure et le contrôle de ωd sont essentiels pour produire des impulsions attosecondes.
-
[19]
Voir le chapitre 18.
La résolution d’une mesure spectroscopique dépend de la précision avec laquelle on peut déterminer la fréquence centrale d’une raie atomique. Cette précision est d’autant plus grande que la largeur de la raie est plus faible. Pour augmenter la résolution de la spectroscopie, il faut donc réduire le plus possible les sources d’élargissement. Dans le domaine optique, la largeur des raies pour des atomes thermiques à température ambiante est principalement déterminée par l’effet Doppler . Dans les paragraphes 6.2, 6.3 et 6.4, nous passons en revue quelques méthodes développées pour contourner l’effet Doppler ou d’autres phénomènes gênants comme le déplacement de recul .
Une fois l’effet Doppler supprimé, il reste la largeur naturelle Γ de la raie, égale à l’inverse de la durée de vie radiative de l’état excité. Elle est en général beaucoup plus petite que l’effet Doppler. Il n’est pas facile de contrôler l’émission spontanée et d’augmenter la durée de vie radiative. Il est possible en revanche de la modifier en plaçant l’atome dans une cavité , mais avec le risque d’introduire des déplacements de la raie dus à la cavité. Pour obtenir des raies optiques très fines à des fins métrologiques, il est préférable d’utiliser des transitions entre un état fondamental et un état excité de très grande durée de vie. La difficulté réside alors dans le fait que le taux de fluorescence, proportionnel à Γ, conduit à un rapport signal à bruit très faible. Dans les paragraphes 6.5 et 6.6, nous présentons la méthode de l’étagère et la méthode de la logique quantique, qui constituent des solutions élégantes pour résoudre ce problème…
Date de mise en ligne : 01/06/2022
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