Argon metastable production in argon-helium microplasmas

Abstract

Microwave resonator-driven microplasmas are a promising technology for generating the high density of rare-gas metastable states required for optically pumped rare gas laser systems. We measure the density of argon 1s5 states (Paschen notation) in argon-helium plasmas between 100 Torr and atmospheric pressure using diode laser absorption. The metastable state density is observed to rise with helium mole fraction at lower pressures but to instead fall slightly when tested near atmospheric pressure. A 0-D model of the discharge suggests that these distinct behaviors result from the discharge being diffusion-controlled at lower pressures, but with losses occurring primarily through dissociative recombination at high pressures. In all cases, the argon metastable density falls sharply when the neutral argon gas fraction is reduced below approximately 2%.

Spectroscopic study of excited molecular nitrogen generation due to interactions of metastable noble gas atoms

“…However, it can also be seen in Figure how the intensity of Ar is decreased with an increased addition of He into the gas mixture. By prescribing mechanisms (1–3 and 8–10) to the results found, the most probable kinetic mechanisms can be ascertained and show how the formation of N 2 is increased so much while He or are not detected . The quenching of He is most probable through Penning excitation or through lack of excitation due to its lower excitation cross‐section compared to N 2 .…”

“…By prescribing mechanisms (1–3 and 8–10) to the results found, the most probable kinetic mechanisms can be ascertained and show how the formation of N 2 is increased so much while He or are not detected . The quenching of He is most probable through Penning excitation or through lack of excitation due to its lower excitation cross‐section compared to N 2 . Given that Ar emissions are at a maximum when He is set to 0.1 L min −1 and most of the Ar peaks drop when He is set to 0.5 L min −1 , there must be some shift in the energy distribution as the Ar 750 line increases while the generation of N 2 SPS species stays relatively constant.…”

Прямое Диссоциативное Возбуждение Гетероядерных И Гомоядерных Ионов Инертных Газов Электронным Ударом

“…5, a и 5, c следует, что в случае ионов Ar + 2 процессы (1) и (2) становятся одинаково эффективными при T e ≈ 10000 K, а по мере роста температур T и T e диссоциативное возбуждение начинает преобладать. Эти результаты находятся в полном соответствии с оценочными расчетами, осуществленными в работе [46], и указывают на важность учета канала (2) при составлении кинетических моделей аргоновой плазмы, представляющих интерес для разработки лазеров с оптической накачкой на инертных газах (OPRGL) [10][11][12][13].…”

“…Процессы образования и распада молекулярных ионов представляют интерес для спектроскопии, кинетики и диагностики низкотемпературной плазмы [1][2][3], физики ранней вселенной [4][5][6], для разработки источников ВУФ излучения [9] и мощных газовых лазеров [10][11][12][13]. Большое внимание уделяется, в частности, изучению процессов столкновения молекулярных ионов с электронами, включая ионизацию [14], фрагментацию [15,16], диссоциативную рекомбинацию [17] и прямую диссоциацию электронным ударом [18,19].…”

“…На основе этих выражений в работах [46,48] были получены полуэмпирические оценочные формулы для соответствующих констант скоростей ДВ ионов He + 2 и Ar + 2 . Эти формулы использовались в [10][11][12][13] при построении кинетических моделей аргоновой плазмы атмосферного давления в рамках разработки лазеров с оптической накачкой на инертных газах (OPRGL). Их применимость ограничена областью температур T e 2 eV при рабочем диапазоне T e 5 eV.…”