J. Phys. France 48, 1939-1949 (1987)
DOI: 10.1051/jphys:0198700480110193900

Determination of N2(X) vibrational level populations and rotational temperatures using CARS in a D.C. low pressure discharge

B. Massabieaux¹, G. Gousset¹, M. Lefebvre² et M. Pealat<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas (+ ), Universite Paris Sud, Bâtiment 212, 91405 Orsay, France
²  Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales, BP 72, 92322 Châtillon, France

Abstract
For the first time, vibrational level population distributions of a low pressure D.C. flowing discharge were measured up to ν = 14 using Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS). The vibrational populations of the ground state N2(X 1Σ+g, ν) were obtained by recording rotationally resolved CARS spectra of the different vibrational bands. In the discharge region, the vibrational distributions have a non Boltzmann behaviour, as expected. The vibrational parameters were found to lie in the range 4 000-5 000 K, and rotational temperature to be about 550 K. Similar results were observed in the post-discharge region up to ν = 10. The vibrational and rotational temperatures were about 3 000 and 350 K respectively. The problems experienced while recording CARS spectra in low density media are discussed and comparisons with previously published theoretical models are presented.

Résumé
Pour la première fois, les populations vibrationnelles . de l'azote dans l'état électronique fondamental ont été mesurées jusqu'à v = 14 dans une décharge continue à basse pression. Ces populations vibrationnelles ont été obtenues en enregistrant des spectres DRASC (Diffusion Raman Anti-Stokes Cohérente) des différentes bandes vibrationnelles de N2(X 1Σ+g) pour lesquelles la résolution spectrale de l'instrument permet de résoudre chaque raie rotationnelle. Dans la décharge, nous observons des distributions vibrationnelles hors équilibre de Boltzmann. Les paramètres vibrationnels sont compris entre 4 000 et 5 000 K, la température de rotation étant de l'ordre de 550 K. Des résultats similaires sont obtenus dans la post décharge où les populations vibrationnelles ont été mesurées jusqu'à v =10. Les températures de rotation et de vibration sont alors respectivement 350 et 3 000 K. Les problèmes rencontrés au cours de l'enregistrement des spectres et la méthodologie suivie pour en déduire les populations sont discutés. Des comparaisons avec des modèles théoriques publiés par ailleurs sont aussi présentés.

PACS
3320T - Vibrational analysis.
3320S - Rotational analysis.
3320F - Raman and Rayleigh spectra (including optical scattering).
3315M - Rotation, vibration, and vibration-rotation constants.

Key words
coherent antiStokes Raman scattering -- molecular rotation -- molecular vibration -- nitrogen