Accurate optical measurement of nuclear polarization in optically pumped ³He gas

(Received 10 June 1992, accepted in final form 8 September 1992)

Abstract
Large nuclear polarizations M (over 80 %) can now be achieved in gaseous ³He by optical pumping. The gas is excited by an RF discharge and is oriented using a high power LNA laser which is lamp pumped and tuned to the 2 ³S-2 ³P transition at 1.08  m. In this paper we describe an experiment in which we measure M with high absolute precision. Our method is based on a change as a function of M in the ratio of or polarized light absorbed from a weak probe beam by the 2 ³S metastable atoms. The probe was delivered by a diode pumped LNA laser and propagated perpendicular to the direction of the magnetization. Simultaneous measurement of M was made by monitoring the degree of circular polarization of the optical line at 668 nm emitted by the discharge. Our measurements show a linear relationship between M and for all accessible M values and for a wide range of experimental conditions (sample pressure, magnetic field, RF discharge level, etc.). This provides a second method of measurement of the ³He nuclear polarization which is simple to operate and is calibrated and is calibrated over a pressure range of 0.15 to 6.5 torr.

Résumé
On peut maintenant produire par pompage optique de fortes polarisations nucléaires M ( M supérieure à 80 % dans l' ³He gazeux. Le gaz est excité par une décharge radiofréquence et orienté à l'aide d'un laser LNA de forte intensité qui est pompé par des lampes et accordé sur la transition 2 ³S-2 ³P à 1,08  m. Dans cet article, nous décrivons une expérience où nous mesurons M avec une grande précision absolue. Notre méthode est fondée sur la variation en fonction de M de l'absorption par les atomes métastables d'un faisceau sonde de faible intensité polarisé linéairement. Nous mesurons le rapport des absorptions pour des polarisations et . Le faisceau sonde est un laser LNA pompé par diode qui se propage perpendiculairement à la direction de l'aimantation. Simultanément, nous mesurons M par le degré de polarisation circulaire de la raie à 668 nm émise par la décharge. Nos résultats montrent une relation linéaire entre M est dans toute la gamme des valeurs de M réalisées et pour des conditions expérimentales variées (pression dans la cellule, champ magnétique, niveau de décharge, etc.). Ceci fournit une seconde méthode pour mesurer la polarisation nucléaire de l' ³He. Cette méthode est simple à mettre en oeuvre et se trouve ainsi calibrée dans une gamme de pression allant de 0,15 à 6,5 torr.