Rev. Phys. Appl. (Paris) 17, 707-727 (1982)
DOI: 10.1051/rphysap:019820017011070700

Properties and applications of surface wave produced plasmas

M. Moisan, C.M. Ferreira, Y. Hajlaoui, D. Henry, J. Hubert, R. Pantel, A. Ricard et Z. Zakrzewski

Département de Physique, Université de Montréal, Montréal, Québec H3C 3J7

Abstract
Long quiescent, stable and reproducible cylindrical plasma columns can be obtained as a result of the propagation of electromagnetic surface waves. The frequency of these waves is of the order of the electron-plasma frequency and it lies in that part (≈ 300-4 000 MHz) of the microwave spectrum where power generators with large enough output powers are readily available, at reasonable cost. Moreover, these waves can be excited very efficiently by using appropriate launching structures such as the surfatron. Such plasmas can, in certain instances, advantageously replace the positive column of DC discharges. This paper reviews the properties of the plasma columns sustained by the azimuthally symmetric surface wave. Special attention is given to the radial and axial electron density distributions, as well as to the radial density distributions of excited (radiative and metastable) atoms. Some demonstrated applications as well as further potential applications are also presented.

Résumé
De longues colonnes cylindriques de plasma, stables, calmes et reproductibles, peuvent être obtenues grâce à la propagation d'ondes de surface électromagnétiques. La fréquence de ces ondes est de l'ordre de la fréquence plasma-électronique et elle se situe dans le domaine (≈ 300-4 000 MHz) des hyperfréquences (HF) où il est relativement facile de se procurer, à des coûts raisonnables, le niveau de puissance HF nécessaire. De plus, ces ondes peuvent être excitées très efficacement en recourant à des dispositifs appropriés, comme le surfatron. Les plasmas ainsi obtenus peuvent, dans certains cas, remplacer avantageusement les plasmas de colonnes positives en courant continu. Cet article de revue présente d'abord les propriétés des colonnes de plasma entretenues par l'onde de surface à symétrie azimutale. On s'intéresse notamment aux distributions radiale et axiale de la densité électronique ainsi qu'aux distributions radiales de la densité des atomes excités (radiatifs et métastables). On donne ensuite un résumé de quelques applications déjà réalisées ainsi que des indications sur d'autres applications possibles.

PACS
0130T - Bibliographies.
5225L - Plasma temperature and density.
5240D - Electromagnetic wave propagation in plasma.
5250D - Plasma sources.
5275 - Plasma devices and applications.
5210H - Electromagnetic wave propagation in plasma.

Key words
electromagnetic wave propagation in plasma -- plasma density -- plasma devices -- plasma production -- EM surface wave propagation -- cylindrical plasma columns -- electron plasma frequency -- microwave spectrum -- power generators -- surfatron -- DC discharges -- azimuthally symmetric surface wave -- axial electron density distributions -- radial density distributions