POMPAGE OPTIQUE
Exemple du sodium
États quantiques du sodium
Pour analyser le mécanisme du pompage optique, on va considérer l'exemple d'un atome alcalin, celui du sodium, en faisant abstraction de la complication de structure hyperfine qui est due à l'existence du spin et du moment magnétique nucléaire du 23Na. Cette simplification est justifiée dans le cas où le champ magnétique appliqué est suffisamment fort pour produire des intervalles Zeeman qui sont grands par rapport aux intervalles de structure hyperfine.
L'état fondamental de l'atome de sodium est un état désigné par le symbole S1/2 par les spectroscopistes. Dans un tel état, le moment magnétique de l'atome, égal à un magnéton de Bohr, est dû au spin de l'électron de valence. Ce moment peut s'orienter soit dans le sens du champ magnétique, soit en sens opposé. Chacune de ces orientations correspond à un état Zeeman. L'état Zeeman pour lequel le moment magnétique est orienté dans le sens du champ possède l'énergie la plus basse et est noté : état m = − 1/2 ; l'état Zeeman pour lequel le moment magnétique est orienté en sens opposé à celui du champ est noté : m = + 1/2. L'intervalle d'énergie entre ces deux états m de l'état fondamental est proportionnel au champ magnétique appliqué.
Dans la vapeur de sodium, à température modérée (300 à 400 K), les deux états m = − 1/2 et m = + 1/2 possèdent sensiblement la même population : 50 p. 100 des atomes se trouvent dans l'un des états Zeeman et 50 p. 100 dans l'autre.
La vapeur de sodium absorbe très fortement la lumière jaune émise par une lampe à sodium. Cette lumière est composée de deux radiations monochromatiques D1 et D2, dont les nombres d'onde diffèrent de 17 cm−1 et qu'on distingue aisément avec un bon spectroscope. L'absorption de la radiation D1 porte l'atome de sodium de l'état fondamental S1/2 à un état excité que les spectroscopistes désignent par le symbole P1/2 ; l'absorption de la radiation D2 porte l'atome à un état excité voisin appelé P3/2. Dans un champ magnétique, l'état P1/2 est décomposé en deux états Zeeman que l'on notera m′ = − 1/2 et m′ = + 1/2. L'intervalle d'énergie qui les sépare est trois fois plus petit que celui correspondant à l'état fondamental. L'autre état excité P3/2 est décomposé par le champ magnétique en quatre états Zeeman équidistants.
Pour simplifier, on se bornera à étudier l'action sur la vapeur de sodium de la raie D1.
Structure Zeeman
Encyclopædia Universalis France
Structure Zeeman
Structure Zeeman de la raie D
Encyclopædia Universalis France
Le schéma de la figure indique la structure Zeeman des deux états S1/2 et P1/2 et montre que la raie D1 se décompose en quatre composantes (composantes Zeeman) qu'on désigne par les lettres a, b, c et d.
Ces quatre composantes ont des fréquences légèrement différentes (dans un champ de 10 000 G, l'écart entre les composantes extrêmes a et d n'est que de 1,3 cm−1), mais elles se distinguent également par leur état de polarisation. Les deux composantes internes b et c sont polarisées rectilignement, le vecteur électrique de l'onde électromagnétique étant parallèle au champ magnétique (polarisation π), tandis que les deux composantes externes a et d sont polarisées circulairement dans un plan perpendiculaire au champ. Leurs sens de circulation sont opposés : on dit que a possède la polarisation σ− et que d possède la polarisation σ+. Ce dernier sens de circulation est celui du courant électrique dans les bobines de l'électro-aimant qui produit le champ.
Mécanisme du pompage optique
On peut tirer parti de ces différences de polarisation pour faire du pompage optique sélectif. En polarisant circulairement la lumière incidente de la lampe de sodium, conformément à σ+, on isole dans la lumière excitatrice la[...]
Pour nos abonnés, l'article se compose de 5 pages
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Alfred KASTLER : membre de l'Académie des sciences, Prix Nobel de physique
Classification
Pour citer cet article
Alfred KASTLER, « POMPAGE OPTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :
Médias
Structure Zeeman
Encyclopædia Universalis France
Structure Zeeman
Structure Zeeman de la raie D
Encyclopædia Universalis France
Signal transitoire de l'intensité lumineuse en fonction du temps au cours du pompage optique
Encyclopædia Universalis France
Signal transitoire de l'intensité lumineuse en fonction du temps au cours du pompage optique
Signal transitoire de l'intensité lumineuse en fonction du temps au cours du pompage optique.…
Encyclopædia Universalis France
Résonance magnétique nucléaire de l'isotope 199 du mercure
Encyclopædia Universalis France
Résonance magnétique nucléaire de l'isotope 199 du mercure
Courbes de résonance magnétique nucléaire de l'isotope 199 du mercure, pour différentes amplitudes…
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
KASTLER ALFRED (1902-1984)
- Écrit par Bernard CAGNAC
- 4 041 mots
- 1 média
Physicien français, né le 3 mai 1902 à Guebwiller (alors en Allemagne) et mort à Bandol le 7 janvier 1984. Professeur à l'université de Paris et à l'École normale supérieure, Alfred Kastler a obtenu le prix Nobel de physique en 1966 pour « la découverte et le développement[...]
-
LASERS
- Écrit par Yves LECARPENTIER, Alain ORSZAG
- 59 076 mots
- 4 médias
On doit au physicien français Alfred Kastler d'avoir imaginé, en 1949-1950, une méthode, le« pompage optique », qui permet de réaliser cette condition. Cette méthode fait appel à des atomes dont les premiers niveaux sont tels (fig. 1d) que la probabilité de retombée de E 2 vers E 1 soit[...] -
MASER
- Écrit par Maurice ARDITI, Claude AUDOIN
- 12 646 mots
- 2 médias
[...]hyperfine des isotopes de masse atomique 85 et 87 du rubidium, à 3 035,732 MHz et à 6 834,682 MHz, respectivement. L'inversion de population est obtenue par pompage optique, dans une cellule contenant de la vapeur de rubidium. Ces oscillateurs à vapeurs alcalines pompées optiquement ont une très bonne stabilité[...] -
TÉLÉCOMMUNICATIONS - Histoire
- Écrit par René WALLSTEIN
- 102 977 mots
- 24 médias
[...]comporte quatre paires de fibres optiques, met en œuvre la technique du multiplexage des longueurs d'onde et comporte des répéteurs entièrement optiques (utilisant la technique du pompage optique qui permet d'amplifier le signal lumineux directement, sans passer par une conversion en signal électrique intermédiaire)[...]
Voir aussi
- HORLOGES ATOMIQUES
- FRÉQUENCE, physique
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- ABSORPTION, physique
- RELAXATION, physique
- CHAMP MAGNÉTIQUE
- PARAMAGNÉTISME
- COLLISION, physique
- POLARISATION CIRCULAIRE
- BOLTZMANN LOI DE DISTRIBUTION DE
- INVERSION DE POPULATION
- MAGNÉTOMÈTRE
- DEGRÉ D'ORIENTATION, pompage optique
- R.M.N. (résonance magnétique nucléaire), physico-chimie
- POLARISATION DE LA LUMIÈRE
- POPULATION, physique atomique
- EXCITATION, physique
- TRANSITION, physique
- ÉMISSION SPONTANÉE
- SOURCES, optique
- STRUCTURE HYPERFINE
- NIVEAU, physique atomique
- MOMENT MAGNÉTIQUE
- RAIE SPECTRALE
- ÉTAT QUANTIQUE
