optical pumping

El bombeo óptico es un proceso en el que se utiliza la luz para elevar (o «bombear») electrones desde un nivel de energía inferior en un átomo o molécula a uno superior. Se utiliza comúnmente en la construcción de láseres para bombear el medio láser activo a fin de lograr la inversión de población. La técnica fue desarrollada por el ganador del Premio Nobel de 1966 Alfred Kastler a principios de la década de 1950. El bombeo óptico también se utiliza para bombear cíclicamente electrones unidos dentro de un átomo o molécula a un estado cuántico bien definido. Para el caso más simple del bombeo óptico coherente de dos niveles de una especie atómica que contiene un único electrón de capa externa, esto significa que el electrón se bombea de manera coherente a un único subnivel hiperfino (etiquetado ), que se define por la polarización del láser de bombeo junto con las reglas de selección cuántica. Tras el bombeo óptico, se dice que el átomo está orientado en un subnivel específico; sin embargo, debido a la naturaleza cíclica del bombeo óptico, el electrón unido en realidad estará sometido a excitaciones y desexcitaciones repetidas entre los subniveles de estado superior e inferior. La frecuencia y la polarización del láser de bombeo determinan el subnivel en el que está orientado el átomo. En la práctica, el bombeo óptico completamente coherente puede no ocurrir debido al ensanchamiento por potencia del ancho de línea de una transición y a efectos indeseables como el atrapamiento de estructura hiperfina y el atrapamiento de radiación. Por lo tanto, la orientación del átomo depende más generalmente de la frecuencia, la intensidad, la polarización y el ancho de banda espectral del láser, así como del ancho de línea y la probabilidad de transición de la transición de absorción. Un experimento de bombeo óptico se encuentra comúnmente en laboratorios de física de pregrado, utilizando isótopos de gas de rubidio y mostrando la capacidad de la radiación electromagnética de radiofrecuencia (MHz) para bombear y despumpiar eficazmente estos isótopos.