Calculation of the spatial resolution in two-photon absorption spectroscopy applied to plasma diagnosis

Abstract

Articles you may be interested inA new spectrometer design for the x-ray spectroscopy of laser-produced plasmas with high (sub-ns) time resolutiona) Rev. Sci. Instrum. 85, 11D627 (2014) We report a detailed characterization of the spatial resolution provided by two-photon absorption spectroscopy suited for plasma diagnosis via the 1S-2S transition of atomic hydrogen for optogalvanic detection and laser induced fluorescence (LIF). A precise knowledge of the spatial resolution is crucial for a correct interpretation of measurements, if the plasma parameters to be analysed undergo strong spatial variations. The present study is based on a novel approach which provides a reliable and realistic determination of the spatial resolution. Measured irradiance distribution of laser beam waists in the overlap volume, provided by a high resolution UV camera, are employed to resolve coupled rate equations accounting for two-photon excitation, fluorescence decay and ionization. The resulting three-dimensional yield distributions reveal in detail the spatial resolution for optogalvanic and LIF detection and related saturation due to depletion. Two-photon absorption profiles broader than the Fourier transform-limited laser bandwidth are also incorporated in the calculations. The approach allows an accurate analysis of the spatial resolution present in recent and future measurements. V C 2014 AIP Publishing LLC. [http://dx

Application of classical models to high resolution electric field strength falls in a hydrogen glow-discharge

“…Cathode Anode when moderate laser energy below 45 J is used, i.e. an irradiance of 150 MW/cm 2 is applied in the overlapping volume [23]. Exceeding this irradiance, the measured spectra suffer an additional broadening of the Stark components due to the depletion of the atomic ground state density and the life time reduction of the 2S level caused by photo-ionization, which, however, have no significant influence on the E-field determination when working in pure hydrogen plasmas [24].…”

“…In previous papers [20][21][22], we reported the determination of the strong E-field strength (ranging from about 0.5 to 4 kV/cm) in the cathode fall region of a hollow cathode discharge (HCD), operated in hydrogen (H), via the Stark splitting of the 1S -2S transition, with a noteworthy high spatial resolution [23]. Doppler-free two-photon excitation combined with optogalvanic detection is employed to measure the E-field of the HCD in a wide range of discharge parameters.…”

Espectroscopía de dos fotones de alta precisión en isótopos de hidrógeno para la medida del campo eléctrico en plasmas generados en descargas de cátodo hueco

“…El solapamiento se realiza en una conguración foco con foco, con un ángulo de 1,53 o limitado por la geometría del experimento, con el n de conseguir una irradiancia mayor y también que las medidas sean lo más locales posibles mejorando así la resolución espacial. Como se verá en el capítulo 3, un estudio detallado [143] demuestra que el volumen de solapamiento es del orden de 100 µm y 10 mm de longitud.…”

“…En la gura 3.6 se muestra como ejemplo un conjunto de esos espectros para un cátodo de 10 mm de diámetro, presión de 600 Pa y corriente de 100 mA, recogidos a distintas distancias de la pared del cátodo, indicadas en la Una posible explicación que se dio para este ensanchamiento adicional fue la resolución espacial proporcionada por el solapamiento de los dos haces láser, que entonces se estimaba en 30 mm de longitud y una anchura de 200 µm en el centro del solapamiento, basándose en la geometría del experimento. Para conocer en detalle cómo este solapamiento afectaba a la resolución del experimento, se adquirió la cámara UV LaserCam-HR UV-Coherent (descrita en el capítulo 2) y con los perles extraídos se realizó un estudio detallado cuyos resultados se recogen en [143,156].…”

“…En ambos casos, los campos eléctricos son prácticamente iguales, con una incertidumbre del ±3 %. En nuestra opinión, y basándonos en los cálculos obtenidos en [143], la diferencia en las anchuras de las componentes Stark está muy probablemente causada por una Una vez comparados los espectros, con sus correspondientes valores del campo eléctrico locales, se procedió a comparar las caídas de campo eléctrico completas. Si se analiza la caída del campo eléctrico para las condiciones del plasma y energías mostradas en la gura 3.10, se observa cómo para el cátodo de tungsteno (a) se obtiene un campo ligeramente mayor en las proximidades de la supercie del mismo cuando la energía por pulso es alta (rojo).…”