Dissertation (Metadaten)
Titel:Ein neues Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke in Niederdruckgasentladungen
 
Autor:Torge Rieper
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-3157
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:530 Physik
 
Datum der mdl. Prüfung:08.05.2000
 
Referent(in):Prof. Dr. V. Helbig
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. G. Pfister
 
Beschreibung:Die lokale elektrische Feldstärke \mathbf{E}, definiert als die Kraft \mathbf{F} auf eine positive Probeladung q gemäß \mathbf{F}=q\mathbf{E} mit der SI-Einheit \left[ \frac{V}{m}\right] , ist ein Schlüsselparameter bei der Diagnostik von Plasmen. Da es sich bei der elektrischen Feldstärke um eine vektorielle Größe handelt, interessieren für die Kinetik der geladenen Teilchen im Kathodenfall einer DC-Glimmentladung sowohl der Betrag als auch die Richtung. Das korrekte Wissen über diese Größe ist für plasmagestützte Verfahren in der Industrie relevant, da sich Theorie und Experiment nach wie vor unterscheiden. Energieniveaus von Atomen spalten in Gegenwart eines elektrischen Feldes auf. Man nennt diesen Effekt den Stark-Effekt. Die quantenmechanische Theorie des Wasserstoff\-atoms ermöglicht unter Berücksichtigung der Feinstruktur, den Stark-Effekt hinsichtlich der Feinstrukturaufspaltungen und der Komponentenintensitäten zu berechnen. Aus dem Vergleich zwischen der quantenmechanischen Theorie und der Messung läßt sich die elektrische Feldstärke ableiten. Dieser Parameter kann im Kathodenfall einer Glimmentladung u. a. mit Hilfe optogalvanischer Spektroskopie, bei der sich der elektrische Widerstand bei resonanter Einstrahlung von Licht ändert, bestimmt werden. Die Übergangswellenlänge von H_{\alpha } (656.29\, nm) ist mit Diodenlasern zugänglich. Mit einem durchstimmbaren Laser lassen sich deswegen relativ einfach Doppler-verbreiterte Spektren aufnehmen. Nach meinen Recherchen sind bisher keine feldabhängigen Wasserstoffspektren auf direkte Weise im Kathodenfall gemessen worden. In diesem Sinne handelt es sich hier also um ein neues Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke in Niederdruckgasentladungen. Im Rahmen dieser Dissertation habe ich ein leistungsfähiges Laserdiodenspektrometer entwickelt, das in Verbindung mit der quantenmechanischen Theorie die lokal gemittelte elektrische Feldstärke im Kathodenfall einer Glimmentladung zugänglich macht. Dabei wird eine kleine entspiegelte Laserdiode an ein externes Gitter in sogenannter Littrowkonfiguration gekoppelt. Durch mechanische Rotation des Gitters kann die Wellenlänge des kontinuierlich betriebenen, schmalbandigen Lasers modensprungfrei verändert werden. Mit Hilfe eines gleichzeitig mit dem Gitter rotierenden Spiegels gelingt die ortsfeste Auskopplung des Laserstrahls. Diese Innovation dürfte den Littrowlaser auch wieder für die Umwelttechnologie und die Medizintechnik interessant machen.
 
Schlagworte:Niederdruckentladung ; Elektrische Feldstärke ; Optogalvanische Spektroskopie ; Diodenlaser, Littrowlaser, Feldstärkemessungen, Kathodenfall, Stark-Effekt, Balmer-Linie, Feinstruktur, Rieper-Spiegel, Laserspektroskopie, Plasmadiagnostik
 
Dokumente:
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