In this paper we report measurements of the absolute concentration of ground state oxygen atoms produced in a low pressure (≤ 100 mTorr) inductively coupled oxygen plasma. These experiments have utilised cavity ringdown spectroscopy (CRDS), allowing line of sight absorption to be measured on the optically forbidden 1D ← 3P transition around 630 nm. Both the translational temperature and the absolute concentrations of the two most populated spin-orbit levels (J = 1 and 2) have been determined as a function of plasma pressure at a fixed operating power of 300 W, allowing accurate determination of dissociation fraction; in all cases, the dissociation fraction is considerable, ≥ 10 %, maximising at 16 % for 20 mTorr. Time - resolved measurements of the rate of loss of the oxygen atoms when the plasma is extinguished have allowed the probability for wall-loss in the plasma chamber, γ, to be determined; in this case, for an aluminium surface, γ is determined to be ca. a few ×10-3, with the exact value depending on pressure. In addition, the O- number density is shown to be an inverse function of pressure, showing a maximum of 1.6 × 10(10) cm-3 at 10 mTorr, falling to 2 × 10(9) cm-3 at 100 mTorr, and characteristic of a discharge operating in the detachment regime. The measured number densities are interpreted using calculated electron energy distribution functions and yield physically reasonable values for the electron number density.

中文翻译：

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通过腔衰荡光谱法定量测量低压氧等离子体中的氧原子和负离子密度

在本文中，我们报告了在低压 (≤ 100 mTorr) 感应耦合氧等离子体中产生的基态氧原子绝对浓度的测量值。这些实验利用了腔衰荡光谱 (CRDS)，允许在 630 nm 附近的光学禁止的 1D ← 3P 跃迁上测量视线吸收。在 300 W 的固定操作功率下，两个最密集的自旋轨道水平（J = 1 和 2）的平移温度和绝对浓度均已确定为等离子体压力的函数，从而可以准确确定解离分数；在所有情况下，解离分数都相当可观，≥ 10 %，在 20 mTorr 时最大为 16 %。当等离子体熄灭时氧原子损失率的时间分辨测量允许确定等离子体室中壁损失的概率γ；在这种情况下，对于铝表面，γ 被确定为大约。几个×10-3，精确值取决于压力。此外，O-数密度显示为压力的反函数，在 10 mTorr 时最大为 1.6 × 10(10) cm-3，在 100 mTorr 时降至 2 × 10(9) cm-3，和在脱离状态下运行的放电的特征。使用计算的电子能量分布函数解释测量的数密度，并产生电子数密度的物理合理值。精确值取决于压力。此外，O-数密度显示为压力的反函数，在 10 mTorr 时最大为 1.6 × 10(10) cm-3，在 100 mTorr 时降至 2 × 10(9) cm-3，和在脱离状态下运行的放电的特征。使用计算的电子能量分布函数解释测量的数密度，并产生电子数密度的物理合理值。精确值取决于压力。此外，O-数密度显示为压力的反函数，在 10 mTorr 时最大为 1.6 × 10(10) cm-3，在 100 mTorr 时降至 2 × 10(9) cm-3，和在脱离状态下运行的放电的特征。使用计算的电子能量分布函数解释测量的数密度，并产生电子数密度的物理合理值。