Espectroscopía de muy alta resolución con dos láseres

Resumen

En esta Memoria se describe, en primer lugar, el montaje y puesta a punto de dos técnicas de espectroscopía láser de alta resolución: Espectroscopía Raman estimulada y absorción de radiación infrarroja generada por mezcla de frecuencias, así como las aplicaciones y los resultados de los estudios a los que estas técnicas han dado lugar. En segundo lugar, se describe la investigación realizada sobre la cinética de reacción de una de las especies estudiada por vía espectroscópica. La primera de las técnicas espectroscópicas nos ha permitido demostrar la eficiencia de una fibra óptica de cristal fotónico y núcleo hueco (en adelante HCPCF de las siglas en inglés de Hollow Core Photonic Crystal Fiber) como célula de gases, debido a la mayor longitud de interacción y al gran confinamiento de los gases y la radiación electromagnética dentro de ella. Así, se ha observado que la Espectroscopía Raman Estimulada de alta resolución puede beneficiarse de este tipo de fibras, permitiendo el uso de láseres continuos de alta pureza espectral y potencia no muy alta y aumentando la sensibilidad de la técnica hasta niveles comparables con la que se alcanza usando láseres pulsados. Esta magnificación de la sensibilidad se ha ilustrado con los espectros de las ramas Q de dos moléculas distintas: dióxido de carbono (CO2) y oxígeno molecular (16O2). Con la espectroscopía de absorción infrarroja se ha llevado a cabo el estudio de dos iones moleculares de interés astrofísico generados en plasmas: amonio monodeuterado (NH3D+) y argón protonado (ArH+). Las medidas espectroscópicas se han realizado en una célula multipaso con descarga en cátodo hueco refrigerada por agua. Para mejorar la sensibilidad se ha modulado la amplitud tanto del haz infrarrojo como de la descarga y la señal infrarroja se ha detectado mediante detección sensible a la fase con un amplificador lock-in. Las condiciones (reactivos y sus proporciones, así como flujo total) que optimizan la formación de las especies de interés se han estimado previamente por medio de medidas realizadas en el Laboratorio de Plasmas Fríos del Departamento, con detección mediante espectroscopía de masas, para asegurar un aprovechamiento óptimo del tiempo en las observaciones espectroscópicas. Los valores últimos se han seleccionado empíricamente para maximizar la concentración del ion molecular de interés. Para finalizar, en esta Memoria se incluye el estudio sobre la cinética de reacción de una de las especies iónicas estudiadas por espectroscopía, el ion ArH+. El plasma en este caso se ha generado en el reactor de cátodo hueco del Laboratorio de Plasmas Fríos, distinto al utilizado en los estudios espectroscópicos. Se han utilizado distintas técnicas para el diagnóstico de los plasmas: las concentraciones de iones se han determinado mediante espectrometría de masas, las temperaturas y densidades electrónicas se han medido con sondas de Langmuir y el análisis de las distribuciones iónicas observadas experimentalmente se ha realizado con un modelo cinético simplificado desarrollado en el grupo, con objeto de identificar las principales fuentes y sumideros de los iones principales en el plasma (Ar+, ArH+ and H3+). En dicho modelo se han considerado los procesos más relevantes tanto en fase gas como en superficie.