High sensitivity optical spectroscopy of plasma and gases

• Auteur / Autrice : Peter C̆ermák
• Direction : Daniele Romanini, Pavel Veis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Univerzita Komenského (Bratislava)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble, Isère, France ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Jozef Noga
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samir Kassi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrice Bruno Cacciani, Jaroslav Kovác̆, Françoise Massines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie sur plasma induit par laser

Spectroscopie d'émission

Spectroscopie d'absorption

Mots clés libres

Cavité optique de haute finesse

Spectroscopie d'absorption laser

Rétroaction optique

Laser semiconducteur

Décharge à barrière diélectrique

Spectroscopie d'émission

High finesse optical cavity

Absorption laser spectroscopy

Optical feedback

Semiconductor laser

Dielectric barrier discharge

Emission spectroscopy

Résumé

Le travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'une cotutelle entre le Département de Physique Expérimental à l'Université Comenius à Bratislava et Laboratoire de Spectrométrie Physique à l'Université Joseph Fourier à Grenoble. Le but de la thèse était le développement et l'application de nouvelles méthodes spectroscopiques pour l'analyse de plasma et de gaz. A Bratislava, mon travail était supervisé par le prof. Pevel Veis et le Doc. Peter Macko. Il s'est orienté vers le diagnostique optique de plasma. Mon travail principal a été d'étudier le comportement de la décharge à barrière diélectrique(DBD) ainsi que la production d'oxygène dans l'état singulet. En parallèle, j'ai développé des méthodes de mesures des propriétés physiques liées à cette expérience. Dans le DBD, l'objectif était d'écrire l'évolution temporelle des états électroniques excités au cours de la décharge. La méthode utilisée était la spectroscopie rapide et large bande. Mon travail a consisté à mettre en place l'instrumentation ainsi que les algorithmes pour le traitement de données. Concernant l'étude de la production de l'oxygène singulet, on a développé un système CRDS (Cavity-Ring-Down Spectroscopy) capable de le détecter dans la post-décharge de plasma. A Grenoble, sous la supervision du Dr. Daniele Romanini, l'objectif principal de mon travail a consisté dans le développement d'une nouvelle source laser - Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL) et son application dans la spectroscopie d'absorption. Le travail a été réalisé en collaboration avec l'Institut d'électronique du Sud dans le cadre du projet ANR MIREV. En plus de ce travail, j'ai participé au développement d'un détecteur portable et bon marché pour l'analyse quantitative de N2 et NO3 dans l'atmosphère par la technique Incoherent Broadband Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy.

The project of this thesis was developed as a joint supervision project between the Department of Experimental Physics at Comenius University in Bratislava and Laboratoire de Spectrometrie Physique at Joseph Fourier University in Grenoble. The aim of the project is the development and application of some of these new spectroscopic methods for the study and diagnostics of gases and plasma. In Bratislava the work under the supervision of prof. Pavel Veis and Doc. Peter Macko was oriented towards the optical diagnostics of plasma environments. Beside the principal experiments concerning the dielectric barrier discharge (DBD) and production of the singlet oxygen state, the goal was to develop spectroscopic methods capable of providing physical measurements related to this applications. In the DBD the interest was focused on the description of the excited electronic states population variations during the period of discharge. We used fast broad--band emission spectroscopy (FEBS) comprising the instrument and data treatment process to achieve this goal. In case of singlet oxygen production we developed a Cavity ring--down spectrometer (CRDS) to detect the singlet oxygen by its infrared absorption in the microwave plasma afterglow. In Grenoble under the supervision of Dr. Daniele Romanini the principal line of work consisted in the development of a new laser source - Vertical external cavity surface emitting laser (VECSEL) and its application to absorption spectroscopy. The work was held in collaboration with the Institude d'electronique du Sud in the frame of the joint ANR MIREV project. A period was also dedicated to the developing of a small, fast, robust and low-cost NO2 and NO3detector based on the Incoherent broad--band cavity enhanced absorption spectroscopy (IBB--CEAS).