The evolution of laser photo-detached and background electrons in a glow discharge plasma containing negative ions was followed using a two-dimensional particle-in-cell simulation code. Emphasis was placed on the short timescale (20 ns after photo-detachment for the parameters of a typical glow discharge plasma) behaviour because this is the timescale of the recently developed laser Thomson scattering technique combined with photo-detachment. A plasma consisting of background electrons, positive argon ions (Ar+) and negative oxygen ions (O−) was treated. The loss of photo-detached electrons from the photo-detachment region quickly forms a potential structure in a short time of 2 ns. The potential traps the remaining photo-detached electrons. The profile of the trapped photo-detached electrons is hollow. The loss of the photo-detached electrons from the photo-detachment region is compensated by the bulk electrons coming from the ambient plasma; the sum of the photo-detached and bulk electron densities in the photo-detachment region remains unchanged for 20 ns because ions are almost immobile in this timescale. This analysis has also revealed the fractions of the photo-detached electrons remaining in the photo-detachment region during the 20 ns to be relatively insensitive to a change in laser beam size and very sensitive to the relative densities of negative ions against background electrons, and to the shape of the velocity distribution function at different angles with respect to the laser beam axis.
光グロー放電プラズマ中の負イオンを含むプラズマにおける、レーザー光脱離電子と背景電子の時間発展を、二次元粒子インセルシミュレーションコードを用いて追跡した。典型的なグロー放電プラズマのパラメータに対して、光脱離後20 nsという短い時間スケールに重点を置いた。これは、レーザー光散乱技術と光脱離を組み合わせた最近の手法の時間スケールであるためである。背景電子、正のアルゴンイオン（Ar⁺）、負の酸素イオン（O⁻）からなるプラズマを扱った。光脱離領域からの光脱離電子の損失により、2 nsという短時間で電位構造が急速に形成される。この電位が残りの光脱離電子を捕捉する。捕捉された光脱離電子の分布は中空状となる。光脱離領域からの光脱離電子の損失は、周囲のプラズマから来る背景電子によって補償される。この時間スケールではイオンはほぼ移動しないため、光脱離領域内の光脱離電子密度と背景電子密度の合計は20 nsの間ほぼ不変に保たれる。この解析により、20 nsの間に光脱離領域内に残存する光脱離電子の割合は、レーザービーム径の変化に対して比較的感受性が低く、背景電子に対する負イオンの相対密度、およびレーザービーム軸に対する異なる角度での速度分布関数の形状に強く依存することが明らかになった。