On the Time Resolved Optogalvanic Spectroscopy of Neon in a Hollow Cathode Discharge

Abstract

Оптогальванічні (OG) сигнали з роздільною здатністю в часі переходів 1s4-2p8 (650,65 нм) і 1s3-2p7 (653,29 нм) досліджено у неоновій плазмі постійного струму. Числова підгонка сигналів на основі моделі рівняння швидкості з чотирьома доданками була використана для з'ясування внеску в сигнал від чотирьох рівнів 1si. Досліджено еволюцію швидкостей розпаду чотирьох станів неону 1si як функції струму розряду. Домінуючими процесами розряду для першого переходу були фотоіонізація та ударна іонізація, тоді як для другого переходу – метастабільний-метастабільний механізм іонізації зіткненням був доданий до раніше згаданих механізмів для отримання OG сигналу. Визначено ефективний час життя станів 1si для обох переходів, який для резонансного стану 1s2 становить 2 мкс, а для станів 1s3,4,5 – 40 мкс. Великий ефективний час життя всіх станів 1s2,4 у порівнянні з їх радіаційним часом життя пояснюється ефектом захоплення випромінювання. Досліджено внесок станів 1si в сигнали OG. Участь стану 1s3 була найбільш важливою в сигналі переходу 1s3-2p7, тоді як стан 1s4 має великий внесок у сигнал переходу 1s4-2p8.

Time resolved optogalvanic (OG) signals of 1s4-2p8 (650.65 nm) and 1s3-2p7 (653.29 nm) transitions have been studied in neon DC plasma. Numerical fit of the signals based on four-term rate equation model has been used to elucidate the contributions to the signal from four 1si levels. Evolution of decay rates of four 1si neon states as a function of discharge current has been studied. The dominant discharge processes for the first transition were photoionization and impact ionization, while for the second transition – the metastable-metastable collisional ionization mechanism was added to the previously mentioned mechanisms to produce the OG signal. The effective lifetimes of the 1si states have been determined for both transitions, where 2 µs is found for the resonance state 1s2, while the 1s3,4,5 have an almost equivalent effective lifetime of 40 µs. The long effective lifetime of all 1s2,4 states in comparison with their radiative lifetimes is attributed to the radiation trapping effect. The contribution of the 1si states to the OG signals has been studied. 1s3 state involvement was most important in the 1s3-2p7 transition signal, while the 1s4 state has a large contribution to the 1s4-2p8 transition signal.