Pompage optique par échange de métastabilité dans un gaz d'hélium-3 jusqu'à 30mT : mesures d'efficacité et mise en évidence d'un processus de relaxation nucléaire induit par laser

Metastability exchange optical pumping in 3He gas up to 30 mT : efficiency measurements and evidence of laser-induced nuclear relaxation

• Auteur / Autrice : Marion Batz
• Direction : Pierre-Jean Nacher, Werner Heil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique atomique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec Université Johannes Gutenberg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière -- Absorption

Polarisation (physique nucléaire)

Pompage optique

Résumé

Les progrès en pompage optique (PO) par échange de métastabilité (EM) dans de l’hélium-3 gazeux à forte puissance laser, dont les applications sont variées, mais aussi à forte pression p3 et fort champ magnétique B ont fortement motivé la reprise d’investigations pour comprendre les processus limitant cette technique puissante. Nous présentons une étude systématique, expérimentale et théorique, de l’efficacité du POEM et des mécanismes de relaxation à B≤30 mT et p3=0. 63−2. 45 mbar. La polarisation nucléaire M de l’hélium-3 est mesurée par absorption en configuration longitudinale, en utilisant des faisceaux à 1083 nm de faible puissance, parallèles à B et à l’axe de la cellule, et de polarisations circulaires opposées pour sonder la distribution des populations dans l’état métastable. Nos tests détaillés montrent que cette méthode est fiable pour l’étude de la dynamique du POEM malgré la redistribution des populations par la lumière de pompage. La perte de M associée à l’émission de lumière polarisée par la décharge qui crée le plasma nécessaire au POEM décroît au-dessus de 10 mT, comme attendu, à cause du découplage hyperfin dans les états très excités. Pourtant cela n’améliore pas l’efficacité du POEM à forte puissance laser. Par contre, nous avons mis en évidence une relaxation supplémentaire liée à la présence du laser pompe. Les pertes importantes de M renforcées par PO, qui limitent actuellement les performances du POEM, sont étudiées quantitativement avec une approche basée sur un bilan de moment angulaire et un modèle détaillé, récemment développé, qui décrit les effets combinés du PO, de l’EM et de la relaxation, validé par comparaison aux résultats expérimentaux.