Dispersión coherente de microondas

La dispersión coherente de microondas es una técnica de diagnóstico utilizada en la caracterización de microplasmas clásicos . En esta técnica, el plasma a estudiar se irradia con un campo de microondas de longitud de onda larga en relación con las dimensiones espaciales características del plasma. Para plasmas con profundidades de penetración suficientemente bajas , el objetivo se polariza periódicamente de forma uniforme, y el campo dispersado puede medirse y analizarse. En este caso, la radiación emitida se asemeja a la de un dipolo corto determinado predominantemente por contribuciones de electrones en lugar de iones . ^{[ 1 ]} La dispersión se denomina, por consiguiente, elástica constructiva. Se pueden derivar varias propiedades de la radiación medida, tales como el número total de electrones, las densidades numéricas de electrones (si se conoce el volumen del plasma), los campos magnéticos locales a través de la despolarización inducida magnéticamente y las frecuencias de colisión de electrones para la transferencia de momento a través de la fase dispersada. Entre las ventajas notables de la técnica se incluyen una alta sensibilidad, facilidad de calibración mediante una muestra de dispersión dieléctrica, ^{[ 2 ]} buena resolución temporal, bajo ruido de disparo, sondeo no intrusivo, selectividad de especies cuando se acopla con ionización multifotónica mejorada por resonancia (REMPI), adquisición de disparo único y la capacidad de compuerta temporal debido al escaneo continuo. ^{[ 3 ]}

Concebida inicialmente por Mikhail Shneider y Richard Miles en la Universidad de Princeton , ^{[ 1 ]} la dispersión coherente de microondas se ha convertido en una técnica valiosa en aplicaciones que van desde la fotoionización y las mediciones de la tasa de pérdida de electrones ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} hasta la detección de especies traza, ^{[ 9 ]} la caracterización de mezclas gaseosas y reacciones, ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} la espectroscopia molecular , ^{[ 13 ]} la caracterización de dispositivos de propulsión electrónica , ^{[ 14 ]} la medición a distancia de frecuencias de colisión de electrones para la transferencia de momento a través de la fase dispersa, ^{[ 14 ]} y la medición a distancia de campos magnéticos vectoriales locales a través de la despolarización inducida magnéticamente. ^{[ 15 ]}

Para la realización más simple de la dispersión de microondas polarizadas linealmente en ausencia de despolarización magnética, pueden surgir tres regímenes debido a la correlación entre los dispersores. ^{[ 3 ]} El régimen de Thomson se refiere a electrones de plasma libres que oscilan en fase con el campo de microondas incidente. La sección transversal de dispersión total de un electrón independiente coincide entonces con la sección transversal clásica de Thomson y es independiente de la longitud de onda de microondas λ. En segundo lugar, la dispersión de Shneider-Miles (SM, a menudo denominada dispersión colisional) se refiere al movimiento de electrones dominado por colisiones con oscilaciones de desplazamiento desplazadas 90 grados con respecto al campo de irradiación. La sección transversal de dispersión total exhibe correspondientemente una dependencia de ω ² , un régimen único posible gracias a las interacciones entre partículas. Finalmente, se puede observar el régimen de dispersión de Rayleigh , que está asociado con el movimiento de electrones dominado por la fuerza restauradora y comparte una dependencia de ω ⁴ con su contraparte óptica de polarizabilidad volumétrica. En este caso, la "partícula dispersora" se refiere a todo el objeto de plasma. Por lo tanto, la expansión del plasma puede provocar una transición hacia la dispersión de Mie . Cabe destacar que el régimen de Rayleigh se refiere aquí a la dispersión de partículas pequeñas ω₄ ^, en lugar de una aproximación de dipolo pequeño aún más amplia de la radiación.