Study of dielectric barrier discharges, applications to rare gas photon sources

Depuis plusieurs années, les lampes à excimères font l'objet de nombreuses recherches. La génération du rayonnement UV et VUV contrôlée par une décharge à barrières diélectriques (DBD) par l'excitation d'un gaz rare ou d'un gaz rare halogène représente un concept prometteur pour d'autre type de source de lumière. Cette recherche se divise en deux parties, une partie expérimentale qui caractérise le plasma à pression en dessous de 150 Torr, et une partie numérique qui caractérise le plasma à une pression au-dessus de 400 Torr. La partie expérimentale concerne la caractérisation optique et électrique d'une décharge à barrière diélectrique. Le banc expérimental se repose essentiellement sur une excitation impulsionnelle, un réacteur et la présence de gaz rare. L'objectif de cette partie est d'établir un bilan général de notre lampe pour essayer de l'optimiser, et de déterminer les éléments qui influencent le dépôt de la puissance moyenne et les différents résultats de l'efficacité. La partie numérique concerne l'utilisation d'un modèle cinétique électrique pour une description homogène d'une décharge à barrières diélectriques, le modèle de la décharge se base sur un couplage de trois éléments à savoir : la cinétique réactionnelle, l'équation de Boltzmann et le circuit d'excitation. Le principal objectif de cette partie du travail est d'optimiser le dépôt d'énergie, ainsi que l'efficacité lumineuse de notre source DBD, produite par différents formes d'excitation sinusoïdale, impulsionnelle et burst. Finalement, l'optimisation du dépôt d'énergie dans les DBDs implique une meilleure compréhension des phénomènes physiques dans le plasma et des mécanismes cinétiques essentiels conduisant à la formation ou à la disparition des excimères. Les phénomènes électriques liés aux interactions entre le circuit d'excitation et la décharge affectent eux aussi d'une manière significatrice l'énergie déposée dans le milieu plasma. Ces phénomènes sont expliqués tout au long de ce manuscrit.For several years, excimer lamps have been the subject of numerous research. The generation of UV and VUV radiation controlled by a dielectric barrier discharge (DBD) through the excitation of a rare gas or halogen rare gas represents a promising concept for other type of light source. This research is divided into two parts, an experimental part which characterizes the plasma at pressure below 150 Torr, and a numerical part which characterizes the plasma at pressure above 400 Torr. The experimental part concerns the optical and electrical characterization of a dielectric barrier discharge. the experimental set up is based mainly on a pulse excitation, a reactor and the presence of noble gas. The objective of this part is to establish a general diagnostic of our lamp in order to try to optimize it, and to determine the elements that influence the deposition of the average power and the different efficiency results. The numerical part concerns the use of an electrical kinetic model for a homogeneous description of a dielectric barrier discharge, the model of the discharge is based on a coupling of three elements namely: the reaction kinetics, the Boltzmann equation and the excitation circuit. The main objective of this part of the work is to optimize the energy deposition and the luminous efficiency of our DBD source, produced by different forms of sinusoidal, pulse and burst excitation. Finally, the optimization of energy deposition in DBDs implies a better understanding of the physical phenomena in the plasma and the essential kinetic mechanisms leading to the formation or disappearance of excimers. The electrical phenomena related to the interactions between the excitation circuit and the discharge also significantly affect the energy deposited in the plasma medium. These phenomena are explained throughout this manuscript