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Steffen Marius Meier

• Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und die Anwendung einer neuen nicht-invasiven plasmadiagnostischen Methode auf Grundlage der Terahertz-Time-Domain-Spektroskopie (THz-TDS). Die Methode nutzt die Vorteile von Pikosekunden-Strahlungspulsen und einem breiten Frequenzspektrum im THz-Band. Die Vermessung der zeitlichen Entwicklung des elektrischen Feldes der THz-Pulse liefert Zugriff auf die Amplituden- und Phaseninformationen. Mithilfe der Dispersionsrelation von elektromagnetischen Wellen lassen sich die komplexe Dielektrizitätsfunktion, die Elektronendichte und die Elektronenstoßfrequenz in Plasmen ermitteln. Die (Weiter-)Entwicklung bis hin zur neuen Methode der Dual-Frequency-Multichannel-Boxcar-THz-Time-Domain-Spektroskopie (DFMB THz TDS) mit bis zu 100-200 ps Zeitauflösung wird demonstriert. Die Technik wurde sowohl zur Bestimmung der Plasmadichte in stationären ICP (He, Ne, Ar, Kr, Xe) als auch in gepulsten (Ar ICP, Ne ICP, Ar+Ti HiPIMS) Entladungen eingesetzt.
• The goal of this work is the development and application of a new non-invasive plasma-diagnostic method based on terahertz time domain spectroscopy (THz TDS). This method uses the advantages of pico-second radiation pulses and a broad spectral range in the THz band. The measurement of the temporal evolution of the electric field of the THz pulses gives access to amplitude and phase information. Using the dispersion relation of electromagnetic waves the complex dielectric function, the electron density and the electron collision frequency in plasmas can be determined. The (further) development up to the novel technique of Dual-Frequency-Multichannel-Boxcar-THz-Time-Domain-Spectroscopy (DFMB THz TDS) with a temporal resolution up to 100-200 ps is illustrated. The technique was applied to steady-state ICP (He, Ne, Ar, Kr, Xe) as well as pulsed discharges (Ar ICP, Ne ICP, Ar+Ti HiPIMS) for the determination of plasma densities.