Observation of optical pumping effects in collinear atomic beam - laser beam(s) interaction

The detection of optical resonances by observation of the fluorescence light emitted from a fast atomic beam of Na interacting with a collinear laser beam is limited in sensitivity by optical pumping processes. In the experiment reported here, we take advantage of the optical pumping by using a second collinear laser beam, achieving then a gain in fluorescence signal. The effects of the lasers power and polarization on line shapes have been studied in the single laser excitation case as well as in the two laser beams one.La sensibilite de la méthode de détection des résonances optiques par observation de la fluorescence émise par un jet rapide en excitation colineaire, est limitée par le pompage optique. Dans l' expérience décrite ici, nous tirons parti de ce pompage optique en détectant les résonances optiques à l'aide d'un second laser colinéaire, réalisant ainsi un gain sensible en signal de fluorescence. Les effets de la polarisation et de la puissance des faisceaux laser ont été étudiés aussi bien dans le cas de l'excitation d'atomes de Na par un seul laser que par deux lasers

Optical resonance detection by field ionization of Rydberg state in colinear laser spectroscopy

New efficient non-optical detection methods of optical resonances in colinear laser spectroscopy are described. A first method uses the field ionization of a Rydberg state populated by means of two lasers : one is single frequency and interacts colinearly with the fast atomic beam, the other one is multimode and interacts perpendicularly. By detecting, at resonance, the produced ions instead of the fluorescence photons, an overall efficiency of 1.1 x 10 -5 has been obtained, which is comparable to the usual sensitivity limit reached by the laser induced fluorescence method. A second similar experiment uses two single mode dye lasers both interacting colinearly with the fast atomic beam. Compared to the first technique an increase of the sensitivity by two orders of magnitude has been obtained (corresponding to an efficiency of 1.2 x 10- 3). Application to the study of on line produced short-lived isotopes is discussed.Deux nouvelles méthodes efficaces, et non optiques, de détection de résonance optique en spectroscopie colinéaire sont décrites. La première méthode utilise l'ionisation par champ d'un état de Rydberg peuplé à l'aide de deux lasers : le premier est monomode et interagit colinéairement avec le jet d'atomes rapides et le second est multimode et interagit perpendiculairement. En détectant, à la résonance, les ions produits à la place des photons de fluorescence, on obtient une efficacité de 1,1 x 10-5 qui est comparable à la limite de sensibilité habituellement atteinte par la méthode de fluorescence induite par laser. Une deuxième expérience similaire utilise deux lasers à colorant monomodes tous deux interagissant colinéairement avec le faisceau d'atomes rapides. Par comparaison avec la première méthode, on obtient un accroissement de la sensibilité de deux ordres de grandeur (correspondant à une efficacité de 1,2 x 10-3). L'application de ces méthodes à l'étude d'isotopes de courte durée de vie, produits en ligne, est examinée