Rev. Phys. Appl. (Paris) 5, 853-864 (1970)
DOI: 10.1051/rphysap:0197000506085300

Détermination par des méthodes optiques des trois composantes d'un champ magnétique très faible

J. Dupont-Roc

Faculté des Sciences de Paris, Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'E. N. S., associé au C. N. R. S., 24, rue Lhomond, Paris 5°

Abstract
The very narrow zero-field level-crossing resonances which can be observed in the ground state of optically pumped alkali atoms are of great interest for the detection of very weak magnetic fields. Fields as small as 10 -9 G have been measured by adding a R. F. field in the direction of the field to be measured. We show in this paper that resonances of interest also appear if the static field lies in an arbitrary direction with respect to the R. F. field, or if a second R. F. field is introduced perpendicularly to the fixst one. An exact calculation of the corresponding signals is given and their experimental observation is reported. We show that these signals can be used to measure the three components of the magnetic field ; we propose two different methods with complementary characteristics, involving one and two R. F. fields respectively.

Résumé
En raison de leur finesse, les résonances de croisement de niveaux observables en champ nul dans l'état fondamental des alcalins sont intéressantes pour la détection des champs magnétiques très faibles. En particulier, des champs inférieurs à 10-9 G ont été mesurés en ajoutant un champ de radiofréquence parallèlement au champ à mesurer. Nous montrons dans cet article que des résonances intéressantes apparaissent également lorsqu'on balaie le champ statique dans une direction quelconque par rapport au champ de radiofréquence ou lorsqu'on ajoute un deuxième champ de R. F. perpendiculaire au premier. Nous avons calculé rigoureusement la forme des signaux et nous les avons mis en évidence expérimentalement. Nous montrons qu'on peut utiliser ces signaux pour mesurer les trois composantes du champ magnétique : nous proposons pour cela deux méthodes de caractéristiques complémentaires, l'une utilisant un seul champ de R. F., la seconde en utilisant deux.

PACS
0755 - Magnetic instruments and techniques.

Key words
magnetic fields -- optically pumped alkali atoms -- detection -- weak magnetic fields -- radiofrequency field -- zero field resonance -- level crossing resonance