Les décharges à barrières diélectriques (DBD) dans le xénon sont très prisées du fait de leur excellent rendement et de l'intensité de leurs émissions lumineuses dans une bande UV étroite à basse température. Ces décharges ont des domaines d'application très variés : dépôts de matériaux, traitements de surfaces, destruction de polluants ou encore décontamination… Les lampes à excimères réalisées à l'aide de DBDs dans le xénon, à pression proche de la pression atmosphérique, sont de plus en plus utilisées dans l'industrie comme source VUV ou comme source de lumière visible en présence d'un luminophore. A ces pressions, ces décharges sont généralement multi-filamentaires. Cependant l'étude d'une décharge mono-filamentaire (MF-DBD), plus adaptée à l'analyse cinétique, permet de mieux comprendre le fonctionnement de ces DBD. C'est la raison pour laquelle, durant ces dernières années, notre équipe a effectué la caractérisation électrique, spectroscopique et cinétique des MF-DBD dans le xénon alimentées en régime sinusoïdal. Ces études se sont limitées aux rayonnements VUV entre 130 et 180 nm, et ce, pour une distance inter-électrodes de 2 mm. Ces travaux ont permis d'élaborer un schéma cinétique des états Xe(6s), responsables du rayonnement VUV après la phase d'excitation. En revanche, le rôle des états supérieurs (à l'origine des émissions visibles) n'a pu être exploré, le dispositif expérimental n'étant pas adapté.
C'est dans la continuité de ces études que se situe ce travail. Dans notre cas, l'analyse spectroscopique concerne le rayonnement proche ultraviolet, visible et proche infrarouge, la DBD opérant sous excitation sinusoïdale et à distance inter-électrodes variable. Le dispositif expérimental ayant été modifié, nous avons dû reprendre la caractérisation électrique afin de comparer nos résultats à ceux obtenus précédemment. Toute l'originalité de ces travaux réside dans l'identification expérimentale des termes sources de production des états Xe(6s) et des voies de peuplement de ces derniers. Nous avons eu recours à la spectroscopie d'émission et à l'enregistrement des déclins temporels des transitions atomiques les plus intenses dans le visible, notamment à 823 et 828 nm. De cette analyse, nous avons pu mettre en exergue le rôle des états Xe(6p[1/2]0) et Xe(6p[3/2]2) pendant la phase initiale d'excitation.
L'étude cinétique n'a pu être effectuée à partir de l'analyse temporelle des transitions visibles, la désexcitation des états Xe(6p) étant trop rapide. Nous avons dû recourir à l'excitation sélective du xénon neutre (en absence de décharge) par absorption multi-photonique. Ainsi, une meilleure analyse de la désexcitation des états Xe(6p) a permis d'obtenir les constantes de réaction et de proposer un schéma cinétique concernant ces états Xe(6p). Une modélisation 0-D complète la compréhension des principaux mécanismes ayant lieu dans ces décharges à barrières diélectriques. |
Dielectric barrier discharges (DBD) in xenon are very popular because their performance and emission intensity in a narrow UV band at low temperatures are excellent. These discharges have many application areas: material deposit, surface treatment, destruction or decontamination of polluants ... Excimer lamps using DBD in xenon around atmospheric pressure, are increasingly used in industry as a VUV or visible light sources. At such high pressures, these discharges are generally multi-filamentary discharges. However the study of mono-filamentary discharges (MF-DBD), more suitable for kinetic analysis, can help a better understanding of these DBD. During these last years, our team has performed the electrical, spectroscopic and kinetic characterizations in xenon MF-DBD in sinusoidal regime. These studies were limited to VUV radiation between 130 and 180 nm, and, for a fixe gap-distance of 2 mm. A kinetic scheme implying Xe(6s) states responsible of the VUV radiation after the excitation phase was proposed. However, the role of higher states (originally visible emissions) has been studied, the experimental device is not suitable.
This work follows these studies. In our case, the near ultraviolet, visible and near infrared radiations are analyzed for DBD under sinusoidal excitation and variable gap-distances. The experimental setup has been changed, the electrical characterization has been done to compare our results with those previously obtained. The originality of this work lies in the experimental identification of the source terms of production of Xe(6s) states and how these states are formed. We used the emission spectroscopy and temporal analysis of the most intense atomic transitions in the visible region, especially at 823 and 828 nm. From this analysis, we were able to highlight the role of Xe(6p[1/2]0) and Xe(6p[3/2]2) states during the initial excitation phase.
The temporal analysis of visible transitions does not allow us to perform a kinetic study because the desexcitation of Xe(6p) states is too fast. The selective excitation of the neutral xenon (in the absence of discharge) by multi-photon absorption is used. Thus, a better analysis of the Xe(6p) excitation states allowed us to obtain the reaction rates and to propose a kinetic scheme for these Xe(6p) states. 0-D modeling thereafter completes the understanding of the main mechanisms taking place in the dielectric barrier discharges. |