POMPAGE OPTIQUE

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Répartition entre niveaux d'énergie

L'état énergétique d'une assemblée comprenant un grand nombre d'atomes identiques peut être caractérisé par leur répartition entre les différents niveaux d'énergie : N1 est le nombre des atomes qui se trouvent à l'état E1, et, d'une façon générale, Nn est le nombre d'atomes dans un état d'énergie En. On dit que Nn est la population de l'état En.

Lorsque le milieu auquel appartiennent les atomes est à l'état d'équilibre thermique à une température donnée T, les populations Nn des différents états En obéissent à la loi de Boltzmann, soit Nn proportionnel à exp(− En/kT), où k est la constante de Boltzmann égale au quotient de la constante R des gaz parfaits par le nombre d'Avogadro N :

(la constante k a les dimensions d'une énergie divisée par une température ; elle est ici exprimée en joule par kelvin).

Plus l'état d'énergie est élevé (En grand), plus la population correspondante Nn est faible.

L'état d'énergie le plus bas, E1, s'appelle l'« état fondamental de l'atome » ; les autres états d'énergie s'appellent les « états excités ». La relation de Boltzmann peut se mettre sous la forme :

Sous cette forme, elle permet de comparer directement la population d'un état excité En à celle de l'état fondamental E1.

Lorsque la différence d'énergie ΔEn est très supérieure à kT (soit ΔEn >> kT), la population Nn est pratiquement négligeable par rapport à celle de l'état fondamental ; en outre, lorsqu'il en est ainsi pour tous les états En, tous les atomes se trouvent dans l'état fondamental à l'équilibre thermique, et les états excités sont vides.

Au contraire, quand il existe des états En proches de l'état fondamental (ΔEn de l'ordre de kT), leur population est importante, et, dans le cas où ΔEn ⪡ kT, ils sont aussi peuplés que l'état fondamental.

Si une assemblée d'atomes est perturbée et mise dans un état différent de l'état d'équilibre thermique (par exemple, par une décharge électrique au sein du gaz ou par une irradiation optique), les processus de relaxation ont toujours tendance à rétablir l'état d'équilibre thermique. Lorsqu'ils intervie [...]


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Signal transitoire de l'intensité lumineuse en fonction du temps au cours du pompage optique

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Résonance magnétique nucléaire de l'isotope 199 du mercure

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Écrit par :

  • : membre de l'Académie des sciences, Prix Nobel de physique

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Pour citer l’article

Alfred KASTLER, « POMPAGE OPTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/pompage-optique/