Rev. Phys. Appl. (Paris) 12, 1253-1262 (1977)
DOI: 10.1051/rphysap:019770012090125300

Spectre de la raie D du Rb dans le cas d'une lampe sphérique

I. Hirano

National Research Laboratory of Metrology, 1-10-4, Kaga, Itabashi-ku, Tokyo, Japan

Abstract
Spectral profiles of Rb-D1 and D2 lines and radial density distributions for a spherical lamp with Rb-Ar 267 Pa at 387 K, are obtained theoretically. The analysis reveals the fact that the degree of self-absorption is deduced from the wall temperature of the lamp, that is, from the number of atoms in the ground state near the wall when the radial density distributions of both the excited and ground state atoms are known. It also appears that the emission and the absorption spectral lines are displaced relatively to each other even in the same lamp and this displacement is estimated to be about 1.2 mk for the lamp mentioned above. The radial density distributions of the excited and the ground state atoms are assumed to increase quadratically from the center of the lamp to the wall. The number of excited state atoms in the center of the lamp is estimated to be below 1/10 of those at the wall and a zone of about 100 μm near the wall is occupied almost exclusively by atoms in the ground state.

Résumé
Les profils spectraux des raies D1 et D2 du Rb et les distributions radiales des cnsités des atomes de Rb pour une lampe sphérique avec Rb-Ar 267 Pa à 387 K, sont obtenus théoriquement. Les analyses montrent que le degré d'auto-absorption peut être déduit de la température de la paroi de la lampe, c'est-à-dire, par le nombre des atomes dans l'état fondamental près de la puroi, quand les distributions radiales des densités des atomes excités et ceux dans l'état fondamental sont connues. Il semble aussi que les lignes spectrales d'émission et d'absorption sont déplacées relativement l'une par rapport à l'autre même dans la lampe et ce déplacement est estimé être environ 1,2 mk pour la lampe mentionnée ci-dessus. On a supposé que les distributions radiales des densités des atomes excités et ceux dans l'état fondamental augmentent à partir du centre de la lampe vers la paroi de façon quadratique. Le nombre des atomes excités au centre de la lampe est estimé être moins de 1/10 de celui près de la paroi et une zone d'environ 100 μm près de la paroi est occupée à peu près exclusivement par des atomes dans l'état fondamental.

PACS
3270J - Atomic line shapes, widths, and shifts.
4272 - Optical sources and standards.

Key words
atomic spectral line breadth -- rubidium -- spectroscopic light sources -- D line -- Rb -- spherical lamp -- radial density distributions -- 387K -- wall temperature -- optical pumping -- degree of self absorption -- spectral profiles -- frequency standards -- excited state atoms -- vapour