Caracterizarea plasmei prin metode optice
        Printre tehnicile utilizate cel mai des pentru caracterizarea plasmei se numără şi cele optice. Aceste tehnici sunt nedistructive şi se pretează mai ales în cazul măsurătorilor în care se analizează evoluţia spaţio-temporală a plasmei [1], [5], [7], [11]. Printre cele mai importante tehnici optice de dignosticare a plasmei se pot aminti:
                - metodele interferometrice,
                - împrăştierea Thomson obţinută în urma iradierii cu un fascicul laser şi
                - tehnicile spectroscopice.
        Tehnicile spectroscopice se bazează pe spectroscopia optică de emisie şi sunt utilizate pentru a obţine valorile absolute ale densităţii şi temperaturii permiţând în acelaşi timp şi analiza evoluţiei spaţio-temporale a plasmei în cazul ablaţiei laser. Montajul experimental tipic utilizat în cazul investigaţiilor specroscopice asupra plasmei obţinute prin ablaţie este prezentat în Fig. 1.5. Acesta este format dintr-un laser pentru ablaţie, o cameră vidată sau cu atmosfera controlata în care este introdusă ţinta, sisteme de focalizare (lentilă+oglindă) a radiaţiei laser pe ţintă şi respectiv a plasmei în fibra optică, sistem de detecţie (spectrometru+fotomultiplicator) şi un sistem de achiziţie a datelor (calculator).

        Tehnici spectroscopice
        Printre cele mai importante tehnici spectroscopice se numără:
        a)  fluorescenţa indusă de radiaţia laser,
        b)  măsurătorile lărgirii Stark şi metoda grafică Boltzmann,
        c)  metoda captării radiaţiei ( radiationtrapping ),
        d) măsurători spectroscopice cu rezoluţie spaţio-temporală.

a) Fluorescenţa indusă de radiaţia laser în cazul ionilor rezultaţi în urma ablaţiei laser prezintă aceleaşi caracteristici ca şi în cazul atomilor şi moleculelor neutre. Această tehnică poate fi utilizată de exemplu ţinând seama de distribuţia atomilor de Al şi respectiv a moleculelor de AlO rezultate în urma ablaţiei laser a compusului Al2O3 la determinarea densităţii speciilor selectate în funcţie de timpul de întârziere dintre ablaţie şi pulsurile laser de probare (Fig. 1.5).

Fig. 1.5. Montajul experimental utilizat în cazul investigaţiilor spectroscopice asupra plasmei.

        Metoda fluorescenţei induse de radiaţia laser combinată cu tehnica spectroscopiei de emisie poate fi utilizată pentru a studia formarea si propagarea plasmei în cazul ablaţiei laser a compusului TiN în atmosferă de azot la presiune scăzută. Întrucât în cazul când se utilizează radiaţii laser având intensitate scăzută cei mai mulţi produşi în urma ablaţiei sunt atomi în stare fundamentală metoda fluorescenţei indusă de radiaţia laser poate fi utilizată pentru a măsura direct distribuţia timpilor de tranzit corespunzători atomilor de Ti neexcitaţi in funcţie de poziţia ţintei, iar atomii excitaţi ai vaporilor metalului şi respectiv gazului care formează atmosfera neutră pot fi studiaţi prin metoda spectroscopiei de emisie.
b) Măsurarea lărgirii Stark a liniilor spectrale emise de diversele specii atomice si ionice din plasma permite determinarea densitatii de electroni. Metoda grafică Boltzmann ce utilizeaza intensitatile determinate experimental ale liniilor spectrale emise de plasma permite determinarea evoluţiei temperaturii electronice. In functie de parametrii determinati ai plasmei, se studiaza indeplinirea conditiilor de echilibru termodinamic local, care sint implicit folosite in metoda Boltzmann de determinare a temperaturii.
c) Metoda captării radiaţiei poate fi utilizată în cazul ablaţiei laser, de exemplu a Ti în atmosferă de azot la presiune scăzută în domeniul UV pentru a investiga stările iniţiale corespunzătoare formării plasmei (pentru intervale de timp mai mici de 200 ns), caz în care autoabsorbţia joacă un rol major. Din această cauză metoda grafică Boltzmann pentru determinarea temperaturii electronilor nu mai este corectă şi se recurge la măsurarea absolută a intensităţii luminii. Astfel, în cazul Ti II profilele spectrale au fost evaluate sistematic pentru diferite condiţii experimentale pentru a reproduce profilele liniilor observate obţinându-se valori foarte precise ale temperaturii si densităţii. De asemenea, se mai poate utiliza captarea radiaţiei în cazul măsurătorilor optice cu rezoluţie temporală de absorbţie şi emisie alegând dacă se poate linii spectrale cu momente de tranziţie mici.
d) Măsurătorile spectroscopice cu rezoluţie spaţio-temporală au fost utilizate pentru a studia spectrele de emisie emise de plasmă în domeniile UV şi vizibil, 240-550 nm. Au fost alese liniile spectrale corespunzătoare diferitelor stadii succesive de ionizare întrucât în acest caz diferenţa energetică dintre nivelele superioare ale liniilor este mărită de energia de ionizare corespunzătoare stadiului de ionizare inferior. Densităţile electronilor şi temperaturile corespunzătoare au fost determinate prin metodele standard ale spectroscopiei plasmei. Astfel, spectrul emis de plasmă a fost eşantionat la diferite înălţimi deasupra suprafeţei ţintei şi au fost determinate evoluţiile temporale ale densităţilor medii ale electronilor şi respectiv temperaturii. Aceste rezultate experimentale au fost utilizate ca date de intrare în modelările numerice ale încălzirii şi evaporării ţintei de metal şi dinamica gazului determinat de expansiunea plasmei.

<< pagina anterioara | pagina urmatoare >>