Rev. Phys. Appl. (Paris) 18, 39-50 (1983)
DOI: 10.1051/rphysap:0198300180103900

Resonance-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering in C2

B. Attal, D. Débarre, K. Müller-Dethlefs et J.P.E. Taran

ONERA, 29, Avenue de la Division Leclerc, 92320 Châtillon, France

Abstract
We have obtained resonance-enhanced Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) spectra of the C2 radical formed in a microwave discharge and in an acetylene welding torch. Electronic resonance enhancement was obtained in the Swan system. In order to prepare this work, Swan band emission spectra of C2 had been recorded and assigned using Fourier-transform spectroscopy; this enabled us to determine the optimal conditions for the CARS spectroscopy and to assign the CARS spectra unambiguously. Numerical simulations were performed, with due account for the effects of upper vibrational state populations and for Doppler broadening; the agreement with experimental spectra is fair. We deduce from the spectra C2 densities of about 5 x 1011 cm -3 in the discharge and 1013 cm-3 in the flame. The detection sensitivity is of the order of 1010 cm-3 for our system.

Résumé
Des spectres de Diffusion Raman Anti-Stokes Cohérente (DRASC) à la résonance électronique ont été obtenus sur le radical C2 formé dans une décharge microonde et dans une flamme de chalumeau oxy-acétylénique. La résonance électronique a été obtenue en accordant les lasers dans le système de Swan. Des spectres d'émission de C2 sur la bande de Swan avaient au préalable été enregistrés par spectroscopie à transformée de Fourier et interprétés; ceci a permis de déterminer les conditions optimales d'enregistrement des spectres DRASC, puis d'interpréter ces derniers sans ambiguïté. Des simulations numériques ont été calculées; ces simulations prennent en compte l'effet des populations des états vibrationnels supérieurs et de l'élargissement Doppler; elles sont en bon accord avec les spectres expérimentaux. Les densités de C2 observées sont voisines de 5 x 1011 cm-3 dans la décharge et 1013 cm-3 dans la flamme. Le seuil de détection est 1010 cm-3 avec notre instrument.

PACS
3310G - Vibrational analysis molecular spectra.
3320F - Raman and Rayleigh molecular spectra.
3520P - Molecular rotation, vibration, and vibration rotation constants.
8240P - Flames, combustion, and explosions.
8280D - Electromagnetic radiation spectrometry chemical analysis.

Key words
carbon -- coherent antiStokes Raman scattering -- combustion -- Doppler effect -- free radicals -- molecular vibration -- Raman spectra of diatomic inorganic molecules -- spectrochemical analysis -- free radical -- coherent anti Stokes Raman scattering -- C sub 2 -- resonance enhanced -- microwave discharge -- acetylene welding torch -- Swan system -- Swan band emission spectra -- Fourier transform spectroscopy -- spectroscopy -- upper vibrational state populations -- Doppler broadening