Optical characteristics and parameters of gas discharge plasma on a mixture of cadmium diodide vapor with helium and small addition of nitrogen
DOI:
https://doi.org/10.24144/2415-8038.2019.46.92-106Keywords:
Gas-discharge exciplex radiation sources, Halogen-containing molecules, Cadmium monoiodide, Visible spectral range, Barrier dischargeAbstract
Purpose. To investigate the optical characteristics and parameters of the barrier discharge plasma on mixtures of cadmium diiodide vapor and helium with small molecular nitrogen additives at high pump pulse frequencies.
Methods. The creation of a gas-discharge plasma and the excitation of the components of the working mixture were carried out by a pulse-periodic (pulse repetition rate of 18–20 kHz, pulse duration 150 ns) barrier discharge. Barrier discharge plasma parameters were determined numerically based on the electron energy distribution function (EEDF) in discharge. EEDF was determined by solving the kinetic Boltzmann equation in two-terms approximation using the well-known program «Bolsig+». Based on EEDF: mean electron energies, electron mobility, specific power losses of electrical discharge and rate constants of elastic and inelastic scattering of electrons on cadmium diiodide, helium and molecular nitrogen as a function of the reduced electric field were identified.
Results.Emission in the visible spectrum of cadmium monoiodide exciplex molecules and cadmium atoms was detected. The regularities in the changes in the optical characteristics of the plasma are established depending on the repetition rate of the pump pulses, the component and the quantitative composition of the mixtures. Discussions of research results are presented. The research data is of interest for creating exciplex gas-discharge sources of visible radiation with a radiation maximum at a wavelength of λ=650 nm.
Conclusions. A gas-discharge barrier discharge plasma on mixtures of cadmium diiodide vapor, helium, and molecular nitrogen is of interest for creating exciplex gas-discharge sources of visible radiation with a radiation maximum at a wavelength of λ=650 nm, which will be used in biotechnology, agrophysics, scientific researches in quantum electronics, for pumping solid-state and liquid lasers and in medicine.
References
Малинин А.Н. Исследование излучения HgBr в импульсном разряде через стекло /А.Н.Малинин,А.К.Шуаибов, В.С. Шевера // Журн. прикл. cпектр. — 1980. — Т. 32. —С. 735–737.
Furusawa H. Highefficiency continuous operation HgBr excimer lamp excited by microwave discharge / H. Furusawa, S. Okada, M. Obara //Appl. Phys. Lett. — 1995. — V. 66. — P. 1877–1879.
Malinin A.N. Excitation of mercury monohalides in the plasma of pulse-periodic discharge in mixtures of mercury dihalides and rare gases / A.N. Malinin // Laser Physics — 1997. — V. 7, № 5. — P. 1032–1040.
Гаврилова Ю.Е. Эксимерный HgJ∗—лaзep, возбуждаемый электрическим разрядом / Ю.Е. Гаврилова, В.С. Зродников, А.Д.Клементов, А.С. Подсосонный // Квантовая электроника. — 1980. — Т. 7, № 11. — С. 2495–2497.
Малинин А.Н. Оптимизация энергетических характеристик в газоразрядной плазме на рабочих смесях HgBr-лазера / А.Н. Малинин, Л.Л. Шимон, Н.Н.Гуйван, А.В.Поляк // Оптика атмосферы и океана. — 1999. — Т. 12, № 11. — С. 1024–1026.
Гуйван М.М., Малінін О.М., Шимон Л.Л. Оптимізація компонентного складу газорозрядної HgBr-ексимерної лампи / М.М. Гуйван, О.М. Малінін, Л.Л. Шимон // Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. — 1999. — № 4. — С. 12–17.
Гуйван М.М. Дослідження можливості підвищення вихідних характеристик високочастотної НgВr/НgСl-ексимерної лампи / М.М.Гуйван, О.М. Малінін, Л.Л. Шимон // Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. — 1999. — № 5. — С. 87–91.
Guivan N.N. Population density of B2∑+1/2 – state of mercury monobromide and monochloride in excimer radiation sources / N.N. Guivan, A.N. Malinin, L.L. Shimon // Uzhgorod University Scientific Herald, Series Physics. — 2000. — № 8. — P. 187–190.
Малинин А.Н. Спектры излучения рабочих смесей HgBr/HgCl-эксимерной лампы / А.Н. Малинин, Н.Н. Гуйван, Л.Л. Шимон // Оптика и спектроскопия. — 2000. —Т. 89, № 6. — С. 905–910.
Поляк А.В. Чисельна оптимізація парціальних тисків робочої суміші ексимерної HgBr/HgІ лампи / А.В. Поляк, М.М. Гуйван, О.М. Малінін //Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. — 2000. — № 7. — С. 127–130.
Гуйван М.М. Збудження ексимерних молекул НgВr та НgСl в плазмі височастотного розряду через діелектрик / М.М. Гуйван, О.М. Малінін // Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. — 2000. — № 7. — С. 131–138.
Малинин А.Н. Временные характеристики излучения рабочих смесей HgBr/HgClэксимерной лампы / А.Н. Малинин, Н.Н. Гуйван, Л.Л. Шимон, А.В. Поляк, Н.Г. Зубрилин, А.И. Щедрин // Оптика и спектроскопия. — 2001. — Т. 91, № 6. — С. 922–926.
Малинин А.Н. Коаксиальные HgI-эксилампы / А.Н. Малинин, А.В. Поляк, Н.Н. Гуйван, Н.Г. Зубрилин, Л.Л. Шимон Квантовая электроника. — 2002. — Т. 32, № 2. — С. 155–
Гуйван М.М. Оптимізація оптичних характеристик робочих сумішей HgBr та HgCl ексиламп / М.М. Гуйван, О.М. Малінін, Л.Л. Шимон // Журнал фізичних досліджень. — 2002. — Т. 6, № 1. — С.74–77.
Гуйван М.М. Оптимізація оптичних характеристик робочих сумішей HgВr та HgСІ ексиламп / М.М. Гуйван, О.М. Малінін // УФЖ. — 2002. — Т .47, № 1. — С. 24–27.
Malinina A. Experimental and analytical characterization of dielectric barrier discharge in the mixture of HgI2 vapor, Xe and He gas formula / A. Malinina, A. Malinin // Engineering Physics. — 2018. — № 5(2) — P. 14–19.
Malinina A.A. Emission characteristics and parameters of gas discharge plasma on mixtures of mercury dichloride vapor, neon and small addition of nitrogen / A.A. Malinina, I.I. Aksenyuk // Plasma Res. Express — 2019. — № 1, 035008. — Р. 1–12.
Шевера В.С. Исследование возбуждения и тушения –сотояния CdI∗ в импульсном разряде через диэлектрик / В.С. Шевера, А.Н. Малинин, А.К. Шуаибов // Журнал прикладной спектроскопии. — 1983. — Т. 39, № 3. — С. 476–478.
Коноплев А.Н. Исследование излучения импульсного разряда в смесях ZnI2, CdI2 и HgI2 с гелием и неоном / А.Н. Коноплев, В.А. Кельман, В.С. Шевера // Журнал прикладной спектроскопии. — 1983. — Т. 39, № 2. — С. 315–317.
Таблицы физических величин: справочник / Под ред. акад. И.К.Кикоина. — М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
Pears R.W.B. The Identification of Molecular Spectra / R. W. B. Pears, A. G. Gaydon. — London: Chapman Hall LTD, 1963. — 347 p.
Зайдель А.Н. Таблицы спектральных линий / А.Н. Зайдель, В.К. Прокофьев, С.М. Райский, В.А. Славный, Е.Я. Шрейдер. — М.: Наука, 1977. — 800 c.
Прокопьев В.Е. Уровни энергий и радиационные переходы нейтральных атомов. / В.Е. Прокопьев, А.С. Яценко. — Новосибирск. Препринт ИАЭ СО АН СССР, № 161 — 1981. — 52 с.
Hagelaar G.J.M. Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models / G.J.M. Hagelaar, L.C. Pitchford Plasma Sources Sci Technol. — № 14. — 2005. — P. 722–733.
https://www.bolsig.laplace.univ-tlse.fr/.
Коноплев А. Н. Диссоциативное возбуждение CdJ2 электронным ударом / А.Н. Коноплев, Н.Н. Чаварга, В.Н. Славик, В.С. Шевера // Письма в ЖТФ. –– 1989. — Т. 15, № 22. —С. 48–51.
Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с молекулами иодида кадмия (II) / Ю.М. Смирнов // Химия высоких энергий. –– 2000. –– Т. 34, № 6. –– С. 405–410.
Коноплев А.Н. Диссициативная ионизация молекул CdJ2 электронным ударом / Коноплев , В.Н. Славик, В.С. Шевера // Письма в ЖТФ –– 1990. –– Т. 16. № 19. –– С. 86–89.
Малініна А.О. Механізм збільшення потужності випромінювання газорозрядної лампи на сумішах парів дихлориду ртуті, неону та азоту в синьо – зеленому спектральному діапазоні / А.О. Малініна, О.К. Шуаібов , О.М. Малінін // Укр.фіз.журнал –– 2019. –– Т. 64, № 9. –– С. 797–806.
Дацюк В.В. Колебательная релаксация эксимерных молекул / В.В. Дацюк, И.А. Измайлов, В.А. Кочeлап // Успехи физических наук –– 1998. –– Т. 168, № 4. –– C. 439-464.
Райзер Ю.П. Физика газового разряда / Ю.П.Райзер. –– М.: Наука. –– 1987. –– 592 с.
Ediger M.N. CdI and CdBr photodissociation lasers at 655 and 811 nm: CdI spectrum identification and enhanced laser output with 114CdI2 / M.N. Ediger, A.W. McCown, J.G. Eden // Appl. Phys. Lett –– 1982. –– V. 40, № 2. –– P. 99–101.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2019 Scientific Herald of Uzhhorod University.Series Physics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
