Velocity-selective optical pumping and collision effects

Department of Technical Physics, Helsinki University of Technology, SF-02150 Espoo 15, Finland

Abstract

Optical pumping performed with a quasi monochromatic laser beam in an atomic gas introduces a redistribution of Zeeman populations selectively in a single velocity class. In the limit of low pumping intensity the rate theory is valid for a description of velocity-selective optical pumping (V.S.O.P.). Well-defined atomic observables (population, orientation, alignment) and their velocity-correlated collisional relaxation can be studied. Also, a modified scheme for the detection of second order effects of optical pumping allows one to observe light shift induced signals. In particular, V.S.O.P. and its combination with modulated pumping, magnetic depolarization (level crossing), and magnetic resonance techniques provide information about the atomic collision characteristics such as collision rates and kernels for velocity-changing collisions.

Résumé

Le pompage optique réalisé avec un laser monomode dans un gaz atomique permet de créer des différences de populations Zeeman sélectivement dans une seule classe de vitesses. Dans la limite des faibles intensités de pompe, on peut utiliser les « rate equations » pour décrire l'effet du pompage optique sélectif en vitesses (P.O.S.V.). Par cette méthode on peut étudier comment des observables bien définies (population, orientation, alignement) sont détruites et se propagent dans le profil Doppler sous l'effet des collisions. En modifiant légèrement le schéma on peut détecter des effets de pompage optique du second ordre, on a pu ainsi observer des signaux induits par les déplacements lumineux. En particulier le P.O.S.V. combiné avec des techniques de pompage modulé ou des techniques de dépolarisation magnétique ou de résonance magnétique fournit des informations sur les caractéristiques des collisions telles que les taux de collision et les noyaux de changement de vitesses.