Investigations of a r.f. stored Ca ⁺ ion cloud and observation of the S-D forbidden transitions

(Received 31 May 1994, accepted in final form 13 July 1994)

Abstract
In order to exploit the capability of a high-Q transition for a frequency standard in the optical domain (729 nm), a stored Ca ⁺ ion cloud in a medium-size ion trap is investigated. Long confinement times are obtained in the presence of helium as a buffer gas in the range 10 ^-6-10 ^-8 mbar and at a pseudopotential well depth of 62 eV. First observations of the electric quadrupole line were achieved by direct excitation of one of the first metastable doublet levels (  s). Utilisation of a grating-stabilised diode laser in order to probe both levels when only one level is initially populated allows us to observe almost equal fluorescence intensities of both forbidden lines that show the presence of a strong fine structure mixing which exists in addition to quenching.

Résumé
Afin d'explorer les possibilités d'un étalon de fréquence dans le domaine optique (729 nm), un nuage d'ions Ca ⁺ est piégé dans un dispositif de Paul de dimension intermédiaire. De longues durées d'observation sont obtenues en présence d'hélium dans un domaine de pression autour de 10 ^-6-10 ^-8 mbar et dans un puits de pseudopotentiel de 62 eV. Les premières observations de la transition quadrupolaire électrique ont été obtenues par le peuplement direct du niveau métastable correspondant (  s). L'utilisation d'une diode laser accordable en cavité étendue permettant de sonder les deux niveaux, alors que seulement l'un des deux était initialement peuplé a montré des intensités des fluorescences correspondantes du même ordre, indiquant la présence, à côté de la relaxation collisionnelle, de très forts mélanges des niveaux fins.