Láseres de recombinación iónica : Láser de cadmio excitado con descargas de cátodo segmentado

El objeto de esta tesis es estudiar ciertos parámetros característicos que determinan el funcionamiento de los láseres de recombinación. Para ello se diseñó y construyó un láser de recombinación en cadmio empleando la técnica de SPER y se estudio tanto experimental como teóricamente el plasma formado en la descarga. Como la ganancia de pequeña señal medida en nuestro láser (Capítulo II) resulta ser dos órdenes de magnitud mayor que la calculada para valores de temperatura y densidad electrónica que figuran en la literatura, fueron medidos estos parámetros del plasma mediante técnicas espectroscópicas (Capítulo III). Los resultados obtenidos muestran que la temperatura electrónica es significativamente menor que la reportada. En el Capítulo IV se muestra como los valores obtenidos para la ganancia de pequeña señal pueden ser explicados mediante cálculos teóricos apropiados. En lo que respecta a la densidad de electrones máxima para láseres de recombinación Wood y Silfvast proponen un valor teórico para este parámetro. Sobre esta base observan que las restricciones por atrapamiento de la radiación en el volumen de los plasmas son significativas para láseres que operen a longitudes de onda menores que 100 nm. Predicen además energías - específicas de salida mayores que las obtenidas por los láseres de excímeros halógeno-gas noble para longitudes de onda menores - que 150 nm. Esta estimación teórica para la densidad crítica de electrones falla al ser aplicada a láseres de recombinación en los que la desexcitación del nivel láser inferior es importante como en el caso del láser de Sr II. En el Capítulo IV se presentan nue vas relaciones para el cálculo del valor crítico de la densidad - de electrones en diferentes sistemas de recombinación, ejemplificados por los láseres de Cd I y Sr II. Este análisis se basa en la condición de inversión de población incluyendo los procesos de desexcitación radiativa y colisional asociado con los dos niveles láser, obteniéndose una adecuada concordancia entre los va lores críticos propuestos y los valores experimentales obtenidos. En el mismo capítulo se desarrolla también un modelo espacio-temporal que permite calcular la ganancia del láser como función de la posición en la descarga y del tiempo, durante la recombinación.Facultad de Ciencias Exacta

Láseres de recombinación iónica. Láser de cadmio excitado con descargas de cátodo segmentado

El objeto de esta tesis es estudiar ciertos parámetros característicos que determinan el funcionamiento de los láseres de recombinación. Para ello se diseñó y construyó un láser de recombinación en cadmio empleando la técnica de SPER y se estudió tanto experimental como teóricamente el plasma formado en la descarga.Doctor en Físic

Láseres de recombinación iónica : Láser de cadmio excitado con descargas de cátodo segmentado

El objeto de esta tesis es estudiar ciertos parámetros característicos que determinan el funcionamiento de los láseres de recombinación. Para ello se diseñó y construyó un láser de recombinación en cadmio empleando la técnica de SPER y se estudio tanto experimental como teóricamente el plasma formado en la descarga. Como la ganancia de pequeña señal medida en nuestro láser (Capítulo II) resulta ser dos órdenes de magnitud mayor que la calculada para valores de temperatura y densidad electrónica que figuran en la literatura, fueron medidos estos parámetros del plasma mediante técnicas espectroscópicas (Capítulo III). Los resultados obtenidos muestran que la temperatura electrónica es significativamente menor que la reportada. En el Capítulo IV se muestra como los valores obtenidos para la ganancia de pequeña señal pueden ser explicados mediante cálculos teóricos apropiados. En lo que respecta a la densidad de electrones máxima para láseres de recombinación Wood y Silfvast proponen un valor teórico para este parámetro. Sobre esta base observan que las restricciones por atrapamiento de la radiación en el volumen de los plasmas son significativas para láseres que operen a longitudes de onda menores que 100 nm. Predicen además energías - específicas de salida mayores que las obtenidas por los láseres de excímeros halógeno-gas noble para longitudes de onda menores - que 150 nm. Esta estimación teórica para la densidad crítica de electrones falla al ser aplicada a láseres de recombinación en los que la desexcitación del nivel láser inferior es importante como en el caso del láser de Sr II. En el Capítulo IV se presentan nue vas relaciones para el cálculo del valor crítico de la densidad - de electrones en diferentes sistemas de recombinación, ejemplificados por los láseres de Cd I y Sr II. Este análisis se basa en la condición de inversión de población incluyendo los procesos de desexcitación radiativa y colisional asociado con los dos niveles láser, obteniéndose una adecuada concordancia entre los va lores críticos propuestos y los valores experimentales obtenidos. En el mismo capítulo se desarrolla también un modelo espacio-temporal que permite calcular la ganancia del láser como función de la posición en la descarga y del tiempo, durante la recombinación.Facultad de Ciencias Exacta

Evaluation of self-absorption of manganese emission lines in laser induced breakdown spectroscopy measurements

This paper is part o f a more general study aimed to the determination o f the best experimental procedures for reliable quantitative measurements o f F e-M n alloys by LIBS. In this work, attention is pointed on the self-absorption processes, whose effect deeply influences the LIBS measurements, reflecting in non-linear calibration curves. The effect o f self-absorption on the line intensity can be quantified by defining a self absorption coefficient, that measures the deviation o f the line intensity from the linear extrapolation o f the curve o f growth in the optically thin regime. The authors demonstrated in a previous paper that self absorption coefficients could be calculated once the electron density o f the plasma is known and the Stark coefficients o f the lines are available. However, when the Stark coefficients o f the lines o f interest are not known, a different approach is needed. In this work a new method for evaluation o f self absorption coefficients in LIBS measurements is presented, which does not require the knowledge o f Stark coefficients. In order to understand the basic principles and setting out the theoretical tools that w ill be used for the analysis o f the alloys, a preliminary study was done on pure Mn; LIBS spectra were acquired in different experimental conditions, at different laser energies and different delays after the laser irradiation o f the sample. Moreover, collinear double pulse measurements were also performed. Analytical relations were derived and experimental procedures devised for evaluation o f the self absorption coefficients o f several Mn lines, which are important for characterization and control o f the experimental conditions in which the analysis is performed.Facultad de Ingenierí

Evaluation of self-absorption of manganese emission lines in laser induced breakdown spectroscopy measurements

This paper is part o f a more general study aimed to the determination o f the best experimental procedures for reliable quantitative measurements o f F e-M n alloys by LIBS. In this work, attention is pointed on the self-absorption processes, whose effect deeply influences the LIBS measurements, reflecting in non-linear calibration curves. The effect o f self-absorption on the line intensity can be quantified by defining a self absorption coefficient, that measures the deviation o f the line intensity from the linear extrapolation o f the curve o f growth in the optically thin regime. The authors demonstrated in a previous paper that self absorption coefficients could be calculated once the electron density o f the plasma is known and the Stark coefficients o f the lines are available. However, when the Stark coefficients o f the lines o f interest are not known, a different approach is needed. In this work a new method for evaluation o f self absorption coefficients in LIBS measurements is presented, which does not require the knowledge o f Stark coefficients. In order to understand the basic principles and setting out the theoretical tools that w ill be used for the analysis o f the alloys, a preliminary study was done on pure Mn; LIBS spectra were acquired in different experimental conditions, at different laser energies and different delays after the laser irradiation o f the sample. Moreover, collinear double pulse measurements were also performed. Analytical relations were derived and experimental procedures devised for evaluation o f the self absorption coefficients o f several Mn lines, which are important for characterization and control o f the experimental conditions in which the analysis is performed.Facultad de Ingenierí

Expanded use of a fast photography technique to characterize laser-induced plasma plumes

"Expanded use of fast photography is proposed to characterize laser ablation plasma plumes by the analysis of a set of photographs by means of appropriate mathematical algorithms. The laser ablation plasma plumes studied were generated by ablation of both a multicomponent target of the nominal composition Ni50Mn37Sn13 and a highly pure Cu target (Cu) using a Q-switched Nd-YAG laser system. The experiments were conducted under different background argon pressures. Several photograph parameters such as intensity per unit time of exposure for a pixel, mean intensity per pixel per unit time of exposure, integrated intensity and cross correlation were studied. The intensity per unit time of exposure allowed for identification of the fast component of the triple structure of the expanding plasma into the background gas (that travels at a speed close to the one measured in vacuum). This parameter together with the use of cross correlation enabled the identification of regions of the expanded plasma plume with higher and lower similarities in their optical emission behavior. The mean intensity per pixel per unit time of exposure can be used as a measurement of the amount of light emitted by the plume as a function of time.

The effect of oblique-angle sputtering on large area deposition: A unidirectional ultrathin Au plasmonic film growth design

International audienceGrowing ultrathin nanogranular (NG) metallic films with continuously varying thickness is of great interest for studying regions of criticality and scaling behaviors in the vicinity of quantum phase transitions. In the present work, an ultrathin gold plasmonic NG film was grown on a sapphire substrate by RF magnetron sputtering with an intentional deposition gradient to create a linearly variable thickness ranging from 5 to 13 nm. The aim is to accurately study the electronic phase transition from the quantum tunneling regime to the metallic conduction one. The film structural characterization was performed by means of high-resolution transmission electron microscopy, atomic force microscopy, as well as x-ray diffraction and reflectivity techniques, which indicate the Volmer-Weber film growth mode. The optical and electrical measurements show a transition from dielectric-isolated gold NPs towards a continuous metallic network when t becomes larger than a critical value of tM = 7.8 nm. Our results show that the onset of the percolation region occurs when a localized surface plasma resonance transforms to display a Drude component, indicative of free charge carriers. We demonstrate that, by using a continuously varying thickness, criteria for metallicity can be unambiguously identified. The onset of metallicity is clearly distinguished by the Drude damping factor and by discontinuities in the plasma frequencies as functions of thickness