Etude de la transition 1S-3S

Premières mesures et résultats obtenus avant 2010

La source laser utilisée pour nos mesures précédentes de la transition 1S-3S était obtenue en quadruplant la fréquence d’un laser titane-saphir à 820 nm. Les deux doublages de fréquence étaient réalisés dans des cavités de surtension. Le premier doublage, utilisant un cristal LBO (borate de lithium), est très efficace [Bourzeix et al 1993] et fournit jusqu’à 700 mW à 410 nm pour une puissance de pompe à 820 nm de 2 W. Le second doublage, qui utilise un cristal de BBO (borate de baryum), est beaucoup moins efficace, la puissance UV disponible étant seulement de l’ordre du mW [Bourzeix et al 1997]. De plus, pour réduire un effet photoréfractif dans le cristal de BBO, la longueur de la cavité de surtension autour du BBO est surmodulée, de sorte que la lumière UV n’est pas continue, mais quasi continue et formée d’impulsions de \(3 \mu s\) à une fréquence de 30 kHz [Hagel et al 2002].

Le signal obtenu dans ces conditions est montré ci-contre. Il apparaît deux composantes associées aux deux sens de balayage de la cavité.

Nous avons réalisé la première mesure absolue de la fréquence de la transition 1S-3S à l’aide d’un peigne de fréquences optiques donné par un laser titane-saphir femtoseconde. Le résultat obtenu [Arnoult et al 2010] est :

f (1S-3S) = 2 922 743 278 678 (13) kHz

avec une précision de 13 kHz soit \( 4,5 \times 10^{-12} \) en valeur relative. Il n’a pas permis pour l’instant d’améliorer la connaissance de la constante de Rydberg , mais nous poursuivons cette expérience avec l’objectif d’atteindre une précision de l’ordre du kHz.

Publications

O. Arnoult, F. Nez, L. Julien, and F. Biraben, Eur. Phys. J. D 60 (2010) 243 : « Optical frequency measurement of the 1S-3S two-photon transition in hydrogen ».
G. Hagel, F. Nez and F. Biraben, Applied Optics 41 (2002) 7702 : « Analysis and observation, on an atomic resonance, of the frequency shift due to the length modulation of an optical cavity ».
S. Bourzeix, B. de Beauvoir, F. Nez, F. de Tomasi, L. Julien and F. Biraben, Opt. Commun. 133 (1997) 239 : « Ultra-violet light generation at 205 nm by two frequency doubling steps of a cw titanium-sapphire laser ».
S. Bourzeix, M.D. Plimmer, F. Nez, L. Julien and F. Biraben, Opt. Commun. 99 (1993) 89 : « Efficient frequency doubling of a continuous wave titanium-sapphire laser in an external enhancement cavity ».