Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 14, Numéro 10, octobre 1979
Page(s) 887 - 901
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:019790014010088700
Rev. Phys. Appl. (Paris) 14, 887-901 (1979)
DOI: 10.1051/rphysap:019790014010088700

Laser-induced gas-breakdown model

J.-C. Gauthier et J.-P. Geindre

Groupe d'Electronique dans les Gaz, Institut d'Electronique Fondamentale LA.22, Bât. 220, Université Paris-XI, 91405 Orsay Cedex, France


Abstract
A one-dimensional model oriented toward a thorough understanding of line and continuum emission from a CO2 laser-induced helium plasma is presented. The model combines a time-dependent calculation of the ionization and radiation dynamics with a lagrangian hydrodynamic simulation code. Detailed collisional radiative models involving many neutral and ion excited levels are used to predict the plasma ionization state. A radiation transport algorithm including self-trapping effects and Stark broadening is developed which directly gives the space- and time-resolved spectrum of the breakdown plasma. Calculated plasma expansion, time- and space-resolved absolute light intensities and line and continuum spectral shapes compare quite favorably with experimental data.


Résumé
Nous présentons un modèle unidimensionnel destiné à l'interprétation détaillée du spectre continu et discret émis par un plasma d'hélium créé par un laser à CO2. Ce modèle tient compte simultanément de la dynamique d'ionisation, du transfert de rayonnement, et de l'hydrodynamique (traitée par une simulation lagrangienne) du plasma. L'état d'ionisation du plasma est évalué par des modèles collisionnels radiatifs mettant en jeu de nombreux états excités pour chaque type d'ions. Le spectre émis par le plasma de claquage est calculé en fonction de la position et du temps au moyen d'un algorithme de transfert qui tient compte de la réabsorption et de l'élargissement Stark. Les résultats de la simulation qui concernent l'expansion du plasma, l'intensité absolue de l'émission lumineuse et le spectre continu et discret sont en accord favorable avec les résultats expérimentaux obtenus au laboratoire.

PACS
5250J - Plasma production and heating by laser beams.
5280 - Electric discharges.

Key words
electric breakdown of gases -- plasma production and heating by laser beam -- ionization -- radiation dynamics -- collisional radiative models -- Stark broadening -- CO sub 2 laser induced He plasma -- one dimensional model -- self trapping