RADIATION TRAPPING IN NEON NEGATIVE GLOW DISCHARGES

D Accurso, Manzano
unpublished
R ec i b i do : 0 4 / 1 2 / 1 3 ; a c e p t a do : 3 0 / 0 5 / 1 4 Se estudia la dinámica del atrapamiento de fluorescencia producida en una descarga de luminiscencia negativa en cátodo hueco al ser iluminada con pulsos de un láser de colorante sintonizado con una transición atómica. Este tipo de descargas en Neón se caracterizan por una elevada densidad de población de la primera configuración excitada que, sumada a su gran sección eficaz de absorción, se manifiesta en un importante
more » ... portante atrapamiento de la radiación generada por decaimientos desde la segunda configuración. La perturbación en las poblaciones producida por pulsos láser resonantes con una transición afecta el valor del atrapamiento modificando la dinámica de la emisión fluorescente lo cual podría conducir a interpretaciones erróneas en experiencias de fluorescencia inducidas. Por otro lado, el fuerte acoplamiento radiativo y colisional de las poblaciones de ambas configuraciones y los procesos colisionales intraconfiguración producen una variación temporal de la magnitud del atrapamiento de fluorescencia entre otros niveles. En este trabajo son discutidos los resultados obtenidos en experiencias de fluorescencia inducidas al excitar la transición 1s5  2p2 (notación de Paschen) y detectando la emisión de 2p2 a los niveles 1s2, 1s3 y 1s4 para distintas intensidades de radiación láser. Se pone de relevancia, en el rango de altas intensidades de irradiación, la importancia de tener en cuenta la dinámica del atrapamiento de radiación para la correcta determinación de la densidad de población del nivel excitado. A sí mismo, se presenta la corrección a introducir en un sistema de ecuaciones de cuya resolución se obtienen los valores absolutos de las evoluciones de las densidades de población de los niveles de la primera configuración a partir de la medición de las variaciones de las fluorescencias de distintos niveles excitados 2pj Palabras claves: Descargas eléctricas. Espectroscopía de estados excitados. Neón We study fluorescence radiation trapping in a negative glow, hollow cathode discharge, excited by a pulsed dye laser. These discharges in Neon are known to have a large population density in the first excited configuration which, in addition with a large absorption cross section, shows a noticeable radiation trapping generated by decay processes from the second configuration. Laser pulses, tuned at a given transition, change the populations and, in turn, the radiation trapping. This alters the dynamics of the fluorescence emission; a fact that may lead to wrong conclusions. In addition, the strong radiative and collisional coupling between the two configurations, and the collisional processes within each configuration, induce a time-varying fluorescence trapping between other levels. In this paper we discuss results we found in induced-fluorescence measurements, generated by exciting the 1s5  2p2 transition (Paschen annotation) and detected by registering the emission from the 2p2 to the 1s2, 1s3 and 1s4 levels, at different laser fluence. We stress that, at high laser fluence, radiation trapping dynamics must be taken into account to correctly determine the excited level population density. On the other hand, a modification to be introduced in the construction of a set of equations whose solution return the time evolution of the population of the first configuration knowing the fluorescence changes of excited 2pj levels makes is proposed. Introducción El átomo de Neón presenta 4 niveles en la primera configuración excitada (1si , 2≤i≤5, notación de Paschen) y 10 niveles en la segunda configuración (2pj 1≤j≤10) (figura 1). En la primera configuración, los niveles 1s3 y 1s5 son niveles metaestables y los niveles 1s2 y 1s4 son radiativos con tiempos de vida natural de 1,6 ns y 21 ns respectivamente. Los niveles de la segunda configuración excitada están acoplados radiativamente con los de la primera configuración y tienen tiempos de vida natural del orden de 20 ns. Debido al importante valor de sección eficaz de absorción de radiación entre los niveles 2pj y 1si , del orden de 10 -12 cm 2 , existe una alta probabilidad que el fotón emitido por un átomo en 2pj sea absorbido por otro vecino en 1si dando como consecuencia un mayor tiempo de vida media de los niveles 2pj . Este proceso es conocido en la literatura como atrapamiento de radiación el cual se describe con el coeficiente de transparencia del medio. Los átomos presentes en el plasma de una descarga están sometidos a colisiones las cuales producen intercambios de población intra e inter configuracional que, sumada a procesos radiativos, conducen a una distribución estacionaria de las poblaciones en los distintos niveles de energía del átomo. Al iluminar la descarga con un pulso luminoso sintonizado con la transición 1si  2pj se alteran las 80
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