Когерентное микроволновое рассеяние
Когерентное микроволновое рассеяние — диагностический метод, используемый при характеристике классической микроплазмы . В этом методе исследуемая плазма облучается длинноволновым микроволновым полем относительно характерных пространственных размеров плазмы. Для плазмы с достаточно малой толщиной скин-слоя мишень периодически поляризуется однородным образом, и рассеянное поле можно измерить и проанализировать. В этом случае испускаемое излучение напоминает излучение короткого диполя, определяемое преимущественно вкладами электронов, а не ионов . [ 1 ] Рассеяние соответственно называют конструктивным упругим . На основе измеренного излучения можно получить различные свойства, такие как общее число электронов, плотность числа электронов (если известен объем плазмы), локальные магнитные поля посредством магнитно-индуцированной деполяризации и частоты столкновений электронов для передачи импульса через рассеянную фазу. К заметным преимуществам метода относятся высокая чувствительность, простота калибровки с использованием образца диэлектрического рассеяния, [ 2 ] хорошее временное разрешение, низкий дробовой шум, неинтрузивное зондирование, видовая селективность в сочетании с многофотонной ионизацией с резонансным усилением (REMPI), однократное получение данных и возможность временного стробирования благодаря непрерывному сканированию. [ 3 ]
История
[ редактировать ]Первоначально разработанный Михаилом Шнейдером и Ричардом Майлзом в Принстонском университете . [ 1 ] когерентное микроволновое рассеяние стало ценным методом в различных приложениях, от фотоионизации и измерения скорости потерь электронов. [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] проследить обнаружение видов, [ 9 ] газовая смесь и характеристика реакции, [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] молекулярная спектроскопия , [ 13 ] электронного движителя , характеристика [ 14 ] стендовое измерение частот столкновений электронов для передачи импульса через рассеянную фазу, [ 14 ] и дифференциальное измерение локальных векторных магнитных полей посредством магнитно-индуцированной деполяризации. [ 15 ]
Режимы рассеяния
[ редактировать ]Для простейшего варианта линейно-поляризованного СВЧ-рассеяния в отсутствие магнитной деполяризации за счет корреляции между рассеивателями могут возникнуть три режима. [ 3 ] Режим Томсона относится к свободным электронам плазмы, колеблющимся синфазно с падающим микроволновым полем. Тогда полное сечение рассеяния независимого электрона совпадает с классическим томсоновским сечением и не зависит от микроволнового длины волны излучения λ. Во-вторых, рассеяние Шнейдера-Майлза (СМ, часто называемое столкновительным рассеянием) относится к движению электронов, в котором преобладают столкновения, с колебаниями смещения, смещенными на 90 градусов относительно облучающего поля. Полное сечение рассеяния соответственно имеет ω 2 зависимость – уникальный режим, ставший возможным благодаря межчастичным взаимодействиям. Наконец, можно наблюдать режим рэлеевского рассеяния , который связан с движением электронов с преобладанием восстанавливающей силы и имеет ω 4 зависимость от ее оптического аналога объемной поляризуемости. В данном случае «рассеивающая частица» относится ко всему плазменному объекту. Таким образом, расширение плазмы может вызвать переход к рассеянию Ми . Обратите внимание, что режим Рэлея относится к малым частицам ω 4 здесь рассеяние, а не еще более широкое малодипольное приближение излучения.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Шнайдер, Миннесота; Майлз, РБ (2005). «СВЧ-диагностика малых плазменных объектов» . Журнал прикладной физики . 98 (3): 033301–033301–3. Бибкод : 2005JAP....98c3301S . дои : 10.1063/1.1996835 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Jump up to: а б Шашурин А.; Шнайдер, Миннесота; Догариу, А.; Майлз, РБ; Кейдар, М. (26 апреля 2010 г.). «Измерение электронной плотности с временным разрешением в малой атмосферной плазме» . Письма по прикладной физике . 96 (17): 171502. Бибкод : 2010ApPhL..96q1502S . дои : 10.1063/1.3389496 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Jump up to: а б Патель, Адам Р.; Ранджан, Апурв; Ван, Синсин; Слипченко Михаил Н.; Шнейдер, Михаил Н.; Шашурин, Алексей (03.12.2021). «Томсоновские и столкновительные режимы синфазного когерентного микроволнового рассеяния на газовых микроплазмах» . Научные отчеты . 11 (1): 23389. arXiv : 2106.02457 . Бибкод : 2021НатСР..1123389П . дои : 10.1038/s41598-021-02500-y . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 8642454 . ПМИД 34862396 .
- ^ Шарма, А.; Слипченко, Миннесота; Рахман, Калифорния; Шнайдер, Миннесота; Шашурин А. (21 мая 2019 г.). «Прямое измерение числа электронов, создаваемых при ближней инфракрасной лазерной ионизации различных газов» . Журнал прикладной физики . 125 (19): 193301. arXiv : 1810.06153 . Бибкод : 2019JAP...125s3301S . дои : 10.1063/1.5082551 . ISSN 0021-8979 . S2CID 53463284 .
- ^ Галеа, Кристофер А.; Шнейдер, Михаил Н.; Грагстон, Марк; Чжан, Чжили (07 февраля 2020 г.). «Когерентное микроволновое рассеяние на ксеноновой резонансно-усиленной многофотонной плазме, инициированной ионизацией, в воздухе» . Журнал прикладной физики . 127 (5): 053301. Бибкод : 2020JAP...127e3301G . дои : 10.1063/1.5135316 . ISSN 0021-8979 . S2CID 212870088 .
- ^ Шнейдер, Михаил Н.; Чжан, Чжили; Майлз, Ричард Б. (15 декабря 2007 г.). «Плазма, индуцированная резонансной усиленной многофотонной ионизацией в инертном газе» . Журнал прикладной физики . 102 (12): 123103–123103–7. Бибкод : 2007JAP...102l3103S . дои : 10.1063/1.2825041 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Ву, Юэ; Сойер, Джордан К.; Су, Лю; Чжан, Чжили (07 мая 2016 г.). «Количественное измерение числа электронов при наносекундном и пикосекундном лазерном пробое воздуха» . Журнал прикладной физики . 119 (17): 173303. Бибкод : 2016JAP...119q3303W . дои : 10.1063/1.4948431 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Ван, Синсин; Стокетт, Пол; Джаганнатх, Равичандра; Бэйн, Салли; Шашурин, Алексей (30 июля 2018 г.). «Измерения электронной плотности с временным разрешением в наносекундной импульсной плазме с использованием микроволнового рассеяния» . Плазменные источники Наука и техника . 27 (7): 07ЛТ02. arXiv : 1804.08171 . Бибкод : 2018PSST...27gLT02W . дои : 10.1088/1361-6595/aacc06 . ISSN 1361-6595 . S2CID 51683153 .
- ^ Догариу, Артур; Майлз, Ричард Б. (1 февраля 2011 г.). «Обнаружение локализованных следов в воздухе с использованием многофотонной ионизации, усиленной радиолокационным резонансом» . Прикладная оптика . 50 (4): А68-73. Бибкод : 2011ApOpt..50A..68D . дои : 10.1364/AO.50.000A68 . ISSN 0003-6935 . ПМИД 21283222 .
- ^ Шнейдер, Михаил Н.; Чжан, Чжили; Майлз, Ричард Б. (15 июля 2008 г.). «Одновременная резонансная усиленная многофотонная ионизация и электронно-лавинная ионизация в газовых смесях» . Журнал прикладной физики . 104 (2): 023302–023302–9. Бибкод : 2008JAP...104b3302S . дои : 10.1063/1.2957059 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Шарма, Анимеш; Браун, Эрик Л.; Патель, Адам Р.; Арафат Рахман, К.; Слипченко Михаил Н.; Шнейдер, Михаил Н.; Шашурин, Алексей (14 октября 2020 г.). «Диагностика концентрации CO в газовых смесях при повышенных давлениях методами резонансно усиленной многофотонной ионизации и микроволнового рассеяния» . Журнал прикладной физики . 128 (14): 141301. Бибкод : 2020JAP...128n1301S . дои : 10.1063/5.0024194 . ISSN 0021-8979 . S2CID 225143817 .
- ^ Ву, Юэ; Чжан, Чжили; Омбрелло, Тимоти М.; Катта, Вишванат Р. (2013). «Количественные радиолокационные измерения REMPI метильных радикалов в пламени при атмосферном давлении» . Прикладная физика Б. 111 (3): 391–397. Бибкод : 2013ApPhB.111..391W . дои : 10.1007/s00340-013-5345-1 . ISSN 0946-2171 . S2CID 253849145 .
- ^ Ву, Юэ; Чжан, Чжили; Адамс, Стивен Ф. (15 сентября 2011 г.). «Измерения вращательной температуры O2 методом когерентного микроволнового рассеяния от REMPI» . Письма по химической физике . 513 (4): 191–194. Бибкод : 2011CPL...513..191W . дои : 10.1016/j.cplett.2011.07.092 . ISSN 0009-2614 .
- ^ Jump up to: а б Патель, Адам Роберт (01 августа 2022 г.). Конструктивная (когерентная) диагностика плазмы на основе упругого микроволнового рассеяния и ее применение к фотоионизации (кандидатская диссертация). Высшая школа Университета Пердью. doi : 10.25394/pgs.20399739.v1 .
- ^ Галеа, Калифорния; Шнайдер, Миннесота; Догариу, А.; Майлз, РБ (27 сентября 2019 г.). «Магнитноиндуцированная деполяризация микроволнового рассеяния лазерной плазмы» . Применена физическая проверка . 12 (3): 034055. Бибкод : 2019PhRvP..12c4055G . doi : 10.1103/PhysRevApplied.12.034055 . S2CID 204294581 .