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Laserabsorptionsspektroskopische Untersuchungen in Helium-Xenon-Glimmentladungen

  • Diese Arbeit untersucht experimentell den Einfluss des metastabilen Zustandes Xe(1s3) und des Resonanzzustandes Xe(1s2) auf die VUV-Strahlungserzeugung in Helium-Xenon-Glimmentladungen (He:Xe = 98:2). Für die Bestimmung der Atomdichten wurde eine experimentelle Anordnung geschaffen, mit der, basierend auf der Methode der Laser-Atom-Absorptionsspektroskopie, orts- und zeitaufgelöste Messungen von optischen Dichten im Säulenplasma durchgeführt wurden. Als Hintergrundstrahlungsquelle kam ein durchstimmbarer Diodenlaser zum Einsatz. Die bereitgestellten Laserwellenlängen von 820 nm bzw. 826 nm entsprechen optischen Übergängen zwischen den Xenonzuständen 6s' 1/2[1/2]0 --> 6p' 1/2[3/2]1 (1s3 --> 2p4) und 6s' 1/2[1/2]1 --> 6p' 1/2[1/2]1 (1s2 --> 2p2). Den Ausgangspunkt der Untersuchungen stellte die Messung der Absorptionslinienprofile beider Nahinfrarot-Übergänge dar. In Abhängigkeit von den Entladungsparametern Gasdruck, Entladungsstrom und Betriebsweise (Gleichstrom-, gepulste und Wechselstromentladung) wurden daraus die Dichten der angeregten Atome auf der Entladungsachse ermittelt. Durch die Analyse des Abklingens der Besetzungsdichten im Afterglow von gepulst betriebenen Entladungen mit Hilfe eines Systems von gekoppelten Ratengleichungen konnten die dominanten Stoßprozesse für die betrachteten Zustände identifiziert werden. Erstmalig ist in dieser Arbeit die radiale Verteilung der angeregten Spezies Xe(1s3) und Xe(1s2) in He-Xe-Glimmentladungen untersucht worden. Damit ist die VUV-Strahlungsleistung der 129 nm-Linie aus der Dichteverteilung der Resonanzatome ermittelbar.
  • The influence of the metastable state Xe(1s3) and of the resonance state Xe(1s2) on the vuv-radiation generation in helium-xenon-glowdischarges (He:Xe = 98:2) was investigated experimentally. An arrangement, using laser-atom-absorption-spectroscopy, was setup to measure the optical densities in the column plasma spatially and temporally resolved. A tunable external cavity diode laser has been applied as background radiation source. The provided radiation of 820 nm and 826 nm, respectively was used to probe the optical transitions between the excited xenonstates 6s' 1/2[1/2]0 --> 6p' 1/2[3/2]1 (1s3 --> 2p4) and 6s' 1/2[1/2]1 --> 6p' 1/2[1/2]1 (1s2 --> 2p2). The measurement of absorption-lineprofiles of both nearinfrared-transitions represents the starting point of the investigations. The axial particle number densities of excited atoms were determined in dependence on the discharge parameters gas pressure, discharge current and operational mode (dc, ac, pulsed). The analysis of the density-decay in the afterglow of pulsed-driven discharges by means of a balance equation system afforded the identification of the most important collision processes. First-time the radial distribution of the excited species Xe(1s3) and Xe(1s2) was investigated in He-Xe-glowdischarges. So the vuv-radiation power of the 129 nm-line is ascertainable from the distribution of the resonance atoms.

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Metadaten
Author: René Bussiahn
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000308-3
Title Additional (English):Investigations on Helium-Xenon-Glowdischarges by Laser-Absorption-Spectroscopy
Advisor:Prof. Dr. Klaus-Dieter Weltmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2006/11/15
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2006/07/07
Release Date:2006/11/15
Tag:Linienprofilfunktion, Radialverteilung, Verlustprozess, quecksilberfrei, resonanter Zustand
line profile function, loss process, mercury-free, radial distribution, resonant state
GND Keyword:Abstimmbarer Laser, Atomabsorptionsspektroskopie, Glimmentladung, Helium, Laserdiod, Leuchtstofflampe, Leuchtwerbung, NIR-Spektroskopie, Xenon
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
PACS-Classification:50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.20.-j Elementary processes in plasmas
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.20.-j Elementary processes in plasmas / 52.20.Hv Atomic, molecular, ion, and heavy-particle collisions
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.25.-b Plasma properties (for chemical reactions in plasma, see 82.33.Xj) / 52.25.Os Emission, absorption, and scattering of electromagnetic radiation
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.70.-m Plasma diagnostic techniques and instrumentation / 52.70.Kz Optical (ultraviolet, visible, infrared) measurements
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.70.-m Plasma diagnostic techniques and instrumentation / 52.70.Nc Particle measurements