Validation des techniques d’actinométrie par comparaison de référence avec la CRDS et des sondes de champ électrique dans une décharge luminescente d’O₂.

Les mesures de la densité absolue d’oxygène atomique et du champ électrique réduit sont essentielles pour la compréhension et le développement des technologies basées sur les plasmas. Toutefois, leur diagnostic nécessite généralement des méthodes actives, soit perturbatrices, soit très coûteuses et complexes. La spectroscopie d’émission optique (OES) est largement utilisée car elle est passive et repose sur un équipement simple. Néanmoins, il est difficile d’en extraire des résultats quantitatifs fiables.

La technique dite d’« actinométrie », couramment employée, répond à cette difficulté en ajoutant des traces de gaz rares (appelés actinomètres) et en utilisant le rapport des intensités des raies d’émission, couplé à un modèle collisionnel-radiatif décrivant l’excitation par impact électronique ainsi que la désexcitation (radiative et collisionnelle). Cependant, ces modèles dépendent fortement des données d’entrée, notamment des sections efficaces d’excitation par impact électronique et des coefficients de quenching. Malheureusement, ces données sont souvent absentes de la littérature ou présentent de fortes disparités, ce qui engendre une grande incertitude dans les résultats actinométriques.

Nous avons procédé à une évaluation critique des techniques OES basées sur les rapports de raies pour la détermination de la fraction absolue d’oxygène atomique et du champ électrique réduit dans une décharge luminescente d’O₂ contenant des traces d’argon et de xénon. La fonction de distribution en énergie des électrons (EEDF) et les taux d’excitation par impact électronique ont été calculés à l’aide du solveur de Boltzmann LisbOn KInetics (LOKI-B). Nous comparons les résultats obtenus à partir de différents jeux de données disponibles dans la littérature.

Les résultats sont étalonnés par des mesures directes simultanées de la densité d’oxygène atomique et de la température du gaz (au moyen d’une spectroscopie CRDS laser monomode à 630 nm), ainsi que du champ électrique (à l’aide de sondes électrostatiques flottantes). Cette approche nous permet d’imposer des contraintes majeures sur les données d’entrée et d’en valider l’utilisation ultérieure. Le meilleur accord a été obtenu en utilisant les sections efficaces issues de la base de données BSR500, avec toutefois une augmentation d’un facteur 3 ± 0,5 de la section efficace d’excitation de l’argon (750 nm).

Comparaison de la fraction d’oxygène atomique et du champ électrique réduit déterminés par des méthodes de rapports de raies avec des mesures directes (CRDS et sonde électrique), dans une décharge luminescente d’O₂ contenant 5 % d’argon et 2 % de xénon. Variation de la pression (à gauche) à 40 mA et variation du courant (à droite) à 5 Torr.

• Ce travail est présenté en deux parties :
  • Densité d’oxygène atomique (actinométrie, partie I)
  • Champ électrique réduit (méthode du rapport de raies, partie II).
• Contacts:
  • Olivier Guaitella, LPP
  • Lex Kuijpers, DIFFER
• Source : Plasma Sources Sci. Technol. 35, 2026
  • Partie I : 015009 (https://doi.org/10.1088/1361-6595/ae24a9)
  • Partie II : 015010 (https://doi.org/10.1088/1361-6595/ae24aa)