Neste trabalho apresentamos o estudo da possivilidade de melhores regimes para o uso dos experimentos de aquecimento e geracao de corrente e fluxo de plasma no tokamak TCABR. Apresentamos um estudo dos efeitos de rotacao de plasma em baixa frequencia (low-frequency (LF)), penetração de campo eletromagnético, absorção e forças ponderomotoras no “Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien" (TCABR) com ênfase na faixa de frequências de 0, 5–10, 0kHz. Os campos de LF são dirigidos pelo limitador magnético ergódico (ergodic magnetic limiter (EML)) no TCABR. Foi feito um estudo analítico das ondas de Alfvén e ressonância usando modelos simples. Um estudo num´erico tembém foi realizado utilizando três códigos, quais sejam, o código cinético toroidal, o código cilíndrico e o código ALTOK. / In this work we present the study of the determination the best regimes and parameters¶for the heating experiments and current generation and plasma flow in the tokamak TCABR. Study of effects of plasma rotation in low frequency (LF), field penetration, absorption and ponderomotive forces in “Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien" (TCABR)is investigated with emphasis in the frequency range of 0, 5–10, 0kHz. The fields of LF are driven by the ergodic magnetic limiter (EML) in TCABR. A qualitative analytical study of the Alfvén waves and their resonances is performed using simple models. A numeric study was carried out using through three codes, called the kinetic totoidal code, the cylindrical code and the ALTOK code.

Research towards the development of a gas-discharge fibre laser using noble gases, with target emission wavelengths in the mid-IR. Additional and separate work on gas treatment methods for managing the formation of photo-induced defects in silica glass.

Thema der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Konstruktion einer Gasentladungslampe unter Verwendung von transparenten, lumineszenten Dünnfilmen. Zunächst wurden Leuchtstoffe in nanoskaligem Maßstab hergestellt, um daraus anschließend dünne Filme herzustellen, die für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig sind. Diese Filme können nach Anregung mit UV-Strahlung sichtbares Licht emittieren und eignen sich daher für den Bau einer transparenten Gasentladungslampe. Als Leuchtstoffe kommen Verbindungen in Frage, die auch in herkömmlichen Leuchtstoffröhren verwendet werden. Dazu zählt unter anderem YVO4:Eu als viel genutzter rot emittierender Leuchtstoff und LaPO4:Ce,Tb mit charakteristischer grüner Emission. Diese beiden Verbindungen wurden zunächst als funktionalisierte Nanopartikel hergestellt. Unter Verwendung einer Mikrowelle wurden agglomeratfreie, wässrige YVO4:Eu Dispersionen synthetisiert, deren Partikel einen hydrodynamischen Durchmesser im Bereich von 45,6 nm bis 51,7 nm aufwiesen. Diese Partikel kristallisieren im tetragonalen Kristallsystem und besitzen eine Kristallitgröße zwischen 9 nm bis 10 nm. Die in wässriger Dispersion ausgelöschte Lumineszenz ist nachweisbar, nachdem die Partikel mit Aceton destablisiert wurden. Die getrockneten Pulverproben zeigen dann nach Anregung mit UV-Licht die typische rote Emission des Eu3+ mit Intensitätsmaximum bei 618 nm und besitzen eine Quantenausbeute von ca. 17,3 %. Durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C konnte die Kristallinität der Partikel erhöht werden. Dies führte zu einer Erhöhung der Quantenausbeute auf bis zu 37,2 %. Die Stabilisierung der LaPO4:Ce,Tb Partikel erfolgte im Gegensatz zu YVO4:Eu aus einem Gemisch von Zitronensäure und Phosphorhexansäure. Auf diese Weise konnten stabile wässrige Dispersionen mit 39 nm (hydrodynamischer Durchmesser) großen Partikeln hergestellt werden. Allerdings konnte nicht eindeutig belegt werden, dass es sich LaPO4 mit hexagonalem Kristallsystem handelt, da die Partikel nur sehr schlecht kristallisieren. Daher ist auch die Bestimmung der Kristallitgröße nicht möglich gewesen. Fällt man die Partikel aus wässriger Dispersion aus, so ist anschließend im Fluoreszenzspektrum die charakteristische Tb3+ Lumineszenz mit Intensitätsmaximum bei  = 544 nm nachweisbar. Die Kristallisierung dieser Partikel durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C führte zur Bildung von monoklinem LaPO4. Dabei kam es jedoch zu einem unerwünschten Nebeneffekt. Das im LaPO4:Ce,Tb enthaltene Cer wurde von Ce3+ zu Ce4+ oxidiert und damit die komplette Tb3+-Emission ausgelöscht. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass Tempern unter reduktiven Bedingungen die Lumineszenz wieder aktivierte. Um die Partikel in organischen Medien dispergieren zu können, wurde die Oberfläche beider Partikelsysteme mit Octylamin funktionalisiert. Die agglomeratfreien Dispersionen in THF konnten anschließend für Schleuderprozesse zur Dünnfilmerzeugung genutzt werden. Dünne Schichten von YVO4:Eu bzw. LaPO4:Ce,Tb auf Glassubstraten besaßen auch nach Tempern bei 600 °C eine sehr hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich und emittierten charakteristische Fluoreszenz nach Anregung mit UV-Licht. YVO4:Eu beschichtete Substrate wiesen trotz geringer Schichtdicken von ca. 350 nm hohe Quantenausbeuten in Höhe von 22,9 % auf und eignen sich hervorragend für die Verwendung in Gasentladungslampen. Dagegen sind LaPO4:Ce,Tb beschichtete Substrate problematisch, da die Lumineszenz erst durch Reduktion im Wasserstoffstrom aktiviert werden muss (Reduzierung von Ce4+ zu Ce3+). Ziel war es, mit den hergestellten lumineszenten Dünnfilmen eine transparente Gasentladungslampe herzustellen. Bei der Planung der Konstruktion mussten viele Punkte beachtet werden. Dazu gehörte unter anderem die Art des Füllgases, das Elektrodenmaterial, die Abdichtung der Gaskammer, Messung des Kammerdrucks, Art des Dielektrikums und vor allem Spannungsversorgung. Im Verlauf mehrerer Serien wurden die hergestellten Lampen bis zu einem Prototyp laufend in Hinsicht Gasabdichtung, Gaszuführung und Druckkontrolle weiterentwickelt. Letztlich konnte eine funktionierende Gasentladungslampe gebaut werden, die nach Anlegen einer Spannung von 4 kV bei 50 kHz Licht in der Farbe des Leuchtstoffes der Schicht (rot – YVO4:Eu) emittierte.

Neste trabalho apresentamos o estudo da possivilidade de melhores regimes para o uso dos experimentos de aquecimento e geracao de corrente e fluxo de plasma no tokamak TCABR. Apresentamos um estudo dos efeitos de rotacao de plasma em baixa frequencia (low-frequency (LF)), penetração de campo eletromagnético, absorção e forças ponderomotoras no “Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien” (TCABR) com ênfase na faixa de frequências de 0, 5–10, 0kHz. Os campos de LF são dirigidos pelo limitador magnético ergódico (ergodic magnetic limiter (EML)) no TCABR. Foi feito um estudo analítico das ondas de Alfvén e ressonância usando modelos simples. Um estudo num´erico tembém foi realizado utilizando três códigos, quais sejam, o código cinético toroidal, o código cilíndrico e o código ALTOK. / In this work we present the study of the determination the best regimes and parameters¶for the heating experiments and current generation and plasma flow in the tokamak TCABR. Study of effects of plasma rotation in low frequency (LF), field penetration, absorption and ponderomotive forces in “Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien” (TCABR)is investigated with emphasis in the frequency range of 0, 5–10, 0kHz. The fields of LF are driven by the ergodic magnetic limiter (EML) in TCABR. A qualitative analytical study of the Alfvén waves and their resonances is performed using simple models. A numeric study was carried out using through three codes, called the kinetic totoidal code, the cylindrical code and the ALTOK code.

Using of computer technology brings advantages of quick and well-arrange data. Computer technology offers change of transferring information the same way as that often using. Capacity and execution of computer technology is depending on kind and size of elaborated information. It is necessary to use to computer technology in application working with big data range and in application which needs many steps to finish calculation it means when we are using iterative methods. It is computer technology which creates main part of simulation, computation and visualization methods which are using in technical application. Plasma is using in many way of industry from technical manufacturing of materials to application in power electronics. Attention is paid to plasma. To description to fourth state of substance and for description to processes in plasma are used mathematic and physic equations. To solve to equations is hard and we need many steps to cover it. It is necessary to use computer technology to work up different method performs to describe electric arc.

The master’s thesis is devoted to exploiting of gas-discharge lamps and their dependence on frequency of the supply current. The first part describes the theory of discharge, its types and properties, terms of its origin, and ways of its exploitation. The second part concerns electrical ballast systems of gas discharge light sources, inductive (reactive) and electronic ballasts, principles of their functioning, advantages and disadvantages, and the comparison of their properties. The following chapters deal with low-pressure and high-pressure gas-discharged lamps, compare their properties and describe exploitation of fluorescent lamps. Before conducting the experiment we have described the influence of frequency of the supply current on fluorescent tube lamps. Preparations for laboratory measuring have been also implemented. During the experiment the two types of lamps have been analyzed, the results of the research are summed up in the conclusion.

Thema der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Konstruktion einer Gasentladungslampe unter Verwendung von transparenten, lumineszenten Dünnfilmen. Zunächst wurden Leuchtstoffe in nanoskaligem Maßstab hergestellt, um daraus anschließend dünne Filme herzustellen, die für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig sind. Diese Filme können nach Anregung mit UV-Strahlung sichtbares Licht emittieren und eignen sich daher für den Bau einer transparenten Gasentladungslampe. Als Leuchtstoffe kommen Verbindungen in Frage, die auch in herkömmlichen Leuchtstoffröhren verwendet werden. Dazu zählt unter anderem YVO4:Eu als viel genutzter rot emittierender Leuchtstoff und LaPO4:Ce,Tb mit charakteristischer grüner Emission. Diese beiden Verbindungen wurden zunächst als funktionalisierte Nanopartikel hergestellt. Unter Verwendung einer Mikrowelle wurden agglomeratfreie, wässrige YVO4:Eu Dispersionen synthetisiert, deren Partikel einen hydrodynamischen Durchmesser im Bereich von 45,6 nm bis 51,7 nm aufwiesen. Diese Partikel kristallisieren im tetragonalen Kristallsystem und besitzen eine Kristallitgröße zwischen 9 nm bis 10 nm. Die in wässriger Dispersion ausgelöschte Lumineszenz ist nachweisbar, nachdem die Partikel mit Aceton destablisiert wurden. Die getrockneten Pulverproben zeigen dann nach Anregung mit UV-Licht die typische rote Emission des Eu3+ mit Intensitätsmaximum bei 618 nm und besitzen eine Quantenausbeute von ca. 17,3 %. Durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C konnte die Kristallinität der Partikel erhöht werden. Dies führte zu einer Erhöhung der Quantenausbeute auf bis zu 37,2 %. Die Stabilisierung der LaPO4:Ce,Tb Partikel erfolgte im Gegensatz zu YVO4:Eu aus einem Gemisch von Zitronensäure und Phosphorhexansäure. Auf diese Weise konnten stabile wässrige Dispersionen mit 39 nm (hydrodynamischer Durchmesser) großen Partikeln hergestellt werden. Allerdings konnte nicht eindeutig belegt werden, dass es sich LaPO4 mit hexagonalem Kristallsystem handelt, da die Partikel nur sehr schlecht kristallisieren. Daher ist auch die Bestimmung der Kristallitgröße nicht möglich gewesen. Fällt man die Partikel aus wässriger Dispersion aus, so ist anschließend im Fluoreszenzspektrum die charakteristische Tb3+ Lumineszenz mit Intensitätsmaximum bei  = 544 nm nachweisbar. Die Kristallisierung dieser Partikel durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C führte zur Bildung von monoklinem LaPO4. Dabei kam es jedoch zu einem unerwünschten Nebeneffekt. Das im LaPO4:Ce,Tb enthaltene Cer wurde von Ce3+ zu Ce4+ oxidiert und damit die komplette Tb3+-Emission ausgelöscht. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass Tempern unter reduktiven Bedingungen die Lumineszenz wieder aktivierte. Um die Partikel in organischen Medien dispergieren zu können, wurde die Oberfläche beider Partikelsysteme mit Octylamin funktionalisiert. Die agglomeratfreien Dispersionen in THF konnten anschließend für Schleuderprozesse zur Dünnfilmerzeugung genutzt werden. Dünne Schichten von YVO4:Eu bzw. LaPO4:Ce,Tb auf Glassubstraten besaßen auch nach Tempern bei 600 °C eine sehr hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich und emittierten charakteristische Fluoreszenz nach Anregung mit UV-Licht. YVO4:Eu beschichtete Substrate wiesen trotz geringer Schichtdicken von ca. 350 nm hohe Quantenausbeuten in Höhe von 22,9 % auf und eignen sich hervorragend für die Verwendung in Gasentladungslampen. Dagegen sind LaPO4:Ce,Tb beschichtete Substrate problematisch, da die Lumineszenz erst durch Reduktion im Wasserstoffstrom aktiviert werden muss (Reduzierung von Ce4+ zu Ce3+). Ziel war es, mit den hergestellten lumineszenten Dünnfilmen eine transparente Gasentladungslampe herzustellen. Bei der Planung der Konstruktion mussten viele Punkte beachtet werden. Dazu gehörte unter anderem die Art des Füllgases, das Elektrodenmaterial, die Abdichtung der Gaskammer, Messung des Kammerdrucks, Art des Dielektrikums und vor allem Spannungsversorgung. Im Verlauf mehrerer Serien wurden die hergestellten Lampen bis zu einem Prototyp laufend in Hinsicht Gasabdichtung, Gaszuführung und Druckkontrolle weiterentwickelt. Letztlich konnte eine funktionierende Gasentladungslampe gebaut werden, die nach Anlegen einer Spannung von 4 kV bei 50 kHz Licht in der Farbe des Leuchtstoffes der Schicht (rot – YVO4:Eu) emittierte.

Over the last few years, the ever-increasing use of the new emerging wireless communication systems has imposed a considerable challenge in the development of novel microwave devices that can support the high bit rates and wide bandwidths demanded by the society. Moreover, other of the main goals of the current microwave components' designers is the fact that these devices can withstand the increasingly higher RF power requirements that must be considered at the output stages of transmitters. In this context, several physical phenomena should be analyzed in order to maximize the so-called power handling capability (PHC) in microwave components. In particular, this thesis focuses on the study of the corona discharge breakdown, since it is a physical effect that may limit the peak power thresholds (also known as peak power handling capability or PPHC) of microwave devices. In this regard, the main aim of this work is the proposal of several design strategies to achieve a considerable improvement of the PPHC in different filtering structures. In this sense, this dissertation is divided into two main parts. On the one hand, the study of the corona discharge breakdown will be first focused on microstrip bandpass filters, where the variation of the maximum electric field strength will be analyzed, and different solutions based on dielectric covers, rounded open-circuit terminations, an anticorona lacquer or a commercial adhesive will be thoroughly investigated and compared. The main objective will be the maximization of the peak power levels, while the degradation of the unloaded quality factor of the resonators will be minimized as far as possible. On the other hand, the second part of this thesis dissertation deals with a similar exhaustively analysis in groove gap waveguides (GGWs). Furthermore, different topologies of bandpass filters based on this technology will be studied, focusing also on the type of the electric field's polarization. In a similar way, several design criteria will be proposed for improving the PPHC of these components, thereby achieving a significant enhancement and reaching the same peak power thresholds of the counterpart rectangular waveguide devices. Finally, all the solutions described above will be experimentally validated in diverse measurement campaigns carried out at the European High Power RF Space Laboratory to corroborate the proper and good performances of all of them. / A lo largo de los últimos años, el uso cada vez mayor de los nuevos sistemas de comunicación inalámbricos emergentes ha impuesto un reto considerable en el desarrollo de novedosos dispositivos de microondas que puedan soportar las altas tasas de bits y amplios anchos de banda demandados por la sociedad. Además, otro de los principales objetivos de los actuales diseñadores de componentes de microondas es el hecho de que estos dispositivos puedan soportar los requisitos de potencia RF cada vez más elevados que se deben considerar en las etapas de salida de los transmisores. En este contexto, diversos fenómenos físicos deben ser estudiados para maximizar la denominada capacidad de manejo de potencia (PHC, por sus siglas en inglés) en componentes de microondas. En particular, esta tesis doctoral se centra en el estudio de la descarga de corona, ya que es un efecto físico que puede limitar los umbrales de potencia de pico (también conocido como capacidad de manejo de la potencia de pico o PPHC, por sus siglas en inglés) de dispositivos de microondas. Por ello, el principal objetivo de este trabajo es la propuesta de varias estrategias de diseño para conseguir una mejora considerable de la PPHC en diferentes estructuras filtrantes. En este sentido, esta tesis se divide en dos partes principales. Por un lado, el estudio del efecto corona se centrará en primer lugar en filtros paso banda en tecnología microstrip, donde se analizará la variación de la intensidad máxima del campo eléctrico, así como también se investigarán y compararán a fondo diferentes soluciones basadas en cubiertas dieléctricas, terminaciones en circuito abierto redondeadas, una laca anticorona o un adhesivo comercial. El objetivo principal será maximizar los niveles de potencia de pico, mientras se minimizará en la medida de lo posible la degradación del factor de calidad de los resonadores. Por otro lado, la segunda parte de esta tesis doctoral aborda un análisis exhaustivo parecido en guías de onda groove-gap (GGWs, por sus siglas en inglés). Además, se estudiarán distintas topologías de filtros paso banda basados en esta tecnología, centrándose también en el tipo de polarización del campo eléctrico. Del mismo modo, se propondrán varios criterios de diseño para mejorar la PPHC de estos componentes, consiguiendo así una mejora significativa y alcanzando los mismos umbrales de potencia de pico que los dispositivos equivalentes en guía de onda rectangular. Finalmente, todas las soluciones descritas serán validadas experimentalmente en diversas campañas de medidas realizadas en el Laboratorio Europeo de Alta Potencia en RF para corroborar el correcto y buen funcionamiento de todas ellas. / Al llarg dels últims anys, l'ús cada vegada major dels nous sistemes de comunicació sense fils emergents ha imposat un repte considerable en el desenvolupament de nous dispositius de microones que puguen suportar les altes taxes de bits i grans amplades de banda demandades per la societat. A més, un altre dels principals objectius dels actuals dissenyadors de components de microones és el fet que aquests dispositius puguen suportar els requisits de potència RF cada vegada més elevats que s'han de considerar en les etapes d'eixida dels transmissors. En aquest context, diversos fenòmens físics han de ser estudiats per a maximitzar la denominada capacitat de maneig de potència (PHC, per les seues sigles en anglès) en components de microones. En particular, aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de la descàrrega de corona, ja que és un efecte físic que pot limitar els llindars de potència de pic (també conegut com a capacitat de maneig de la potència de pic o PPHC, per les seues sigles en anglès) de dispositius de microones. Per això, el principal objectiu d'aquest treball és la proposta de diverses estratègies de disseny per a aconseguir una millora considerable de la PPHC en diferents estructures filtrants. En aquest sentit, aquesta tesi es divideix en dues parts principals. Per un costat, l'estudi de l'efecte corona se centrarà en primer lloc en filtres passabanda en tecnologia microstrip, on s'analitzarà la variació de la intensitat màxima del camp elèctric, així com també s'investigaran i compararan a fons diferents solucions basades en cobertes dielèctriques, terminacions en circuit obert arredonides, una laca anticorona o un adhesiu comercial. L'objectiu principal serà maximitzar els nivells de potència de pic, mentre es minimitzarà en la mesura que siga possible la degradació del factor de qualitat dels ressonadors. Per l'altre costat, la segona part d'aquesta tesi doctoral aborda una anàlisi exhaustiva similar en guies d'ona groove-gap (GGWs, per les seues sigles en anglès). A més, s'estudiaran diferents topologies de filtres passabanda basats en aquesta tecnologia, centrant-se també en el tipus de polarització del camp elèctric. De la mateixa manera, es proposaran diversos criteris de disseny per a millorar la PPHC d'aquests components, aconseguint així una millora significativa i els mateixos llindars de potència de pic que els dispositius equivalents en guia d'ona rectangular. Finalment, totes les solucions descrites seran validades experimentalment en diverses campanyes de mesures realitzades en el Laboratori Europeu d'Alta Potència en RF per a corroborar el correcte i bon funcionament de totes elles. / Work supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MCIN) and the State Agency of Research (AEI) through the Sub-Project C43 of the Coordinated Project PID2019-103982RB [MCIN/AEI/10.13039/501100011033]. Aitor Morales-Hernández has received a fellowship grant from the University of Alicante [UAFPU2018-054].

The master’s thesis is devoted to exploiting of gas-discharge lamps and their dependence on frequency of the supply current. The first part describes the theory of discharge, its types and properties, terms of its origin, and ways of its exploitation. The second part concerns electrical ballast systems of gas discharge light sources, inductive (reactive) and electronic ballasts, principles of their functioning, advantages and disadvantages, and the comparison of their properties. The following chapters deal with low-pressure and high-pressure gas-discharged lamps, compare their properties and describe exploitation of fluorescent lamps. Before conducting laboratory experiments the influence of frequency of the supply current on different properties of gas-discharge lamps was described. Besides, simulation of basic electric parameters of high-pressure gas-discharged lamps was implemented in the program SIMULINK/MATLAB. As a result, the received graphs show the dependence of current, voltage and electric power on time. Another simulation included building of dynamic current-voltage characteristics at various frequencies of the supply current. Preparations for the laboratory experiment and the experiment itself were implemented. Compact and tube low-pressure fluorescent lamps were measured. The received graphs show the influence of change in frequency of the current on the operational parameters of the discharge light sources.

<p dir="ltr">In recent years, nanosecond repetitively pulsed (NRP) plasma discharges have garnered significant interest due to their rapid generation of reactive excited-state species, reactive radicals, and localized heat release within nanosecond (ns) timescale. To effectively harness these plasmas for altering system-level thermal and chemical behavior, a thorough understanding of their governing physics is crucial. This knowledge enables the development of predictive plasma kinetic models for tailoring NRP plasmas to specific applications. However, achieving this requires high-fidelity experimental data to validate models and deepen our understanding of fundamental plasma physics. Advancing experimental spectroscopy and laser diagnostics methods is essential for probing such temporally highly dynamic and optically complex nonequilibrium environments. This includes developing novel <i>test platforms</i>, conducting <i>fundamental research</i> to address existing knowledge gaps, and constructing custom <i>ultrafast laser architectures</i> for probing plasma properties. </p><p dir="ltr">The pioneering development of Streak-based <i>test platform</i> in the diagnostics field of nanosecond pulsed plasmas and its successful application towards inferring the underlying ultrafast spatio-temporal evolution of nanosecond pulsed plasma discharges with an unprecedented time-resolution as short as ~25 ps is presented for the first time. Spectrally filtered, 1D line-imaging of nanosecond pulsed plasma discharges in a single-shot, jitter-free, continuously sweeping manner is obtained, and differences in discharge dynamics of air and N2 plasma environments are studied. Successive <i>test platform</i> advancement includes spectrally resolved Streak-spectroscopy measurements of thermal regime-transition evolution from early-nonequilibrium to local-thermal-equilibrium (LTE) to attain time-resolved quantitative insights into N2(C) state rotational/vibrational nonequilibrium temperatures, electron temperature/density, and spectral lifetime dynamics. </p><p dir="ltr">Ultrafast laser-based progression includes detailed <i>fundamental</i> investigation of higher-order optical nonlinearity perturbations of fs-EFISH by considering of – self-phase modulation induced spectral characteristic of fs-EFISH signal, calibration mapping during-below-and-beyond optical breakdown regime, optical Kerr effect consequences, impact of femtosecond (fs) laser seeding on the noninvasiveness of fs-EFISH, and spectral emission characteristics of fs laser filaments. To infer N2(X) state nonequilibrium of NRP pulsed plasmas, two hybrid fs/ps ro-vibrational coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) <i>ultrafast laser architectures</i> are developed. First architecture, single-laser-solution, reduces system’s energy budget by ~3 mJ/pulse for generating narrowband (~21 ps), high-energy (~420 μJ/pulse), 532 nm probe pulses through incorporation of custom built visible fs optical parametric amplifier (OPA) coupled with an Nd:YAG power amplifier module. The second architecture, two-laser-solution, improves system’s robustness through the development of a 1 kHz, 532 nm, high-energy (~600 μJ/pulse), low-jitter (<1 ps), narrowband (~27 ps), master-oscillator-power-amplification (MOPA) based picosecond probe pulse laser time-synchronized with fs master-oscillator. Single-shot, hybrid fs/ps narrowband ro-vibrational CARS demonstration in a combusting flame up to temperatures of ~2400 K is demonstrated. Experimental ro-vibrational CARS investigation includes polarization based nonresonant background suppression and demonstration of preferential Raman coherence excitation shift, a temperature sensitivity enhancing strategy for vibrationally hot mediums like nanosecond pulsed plasmas. Lastly, an ultrafast pulse-friendly optically accessible vacuum cell is designed and fabricated for controlled experiments of NRP fs/ps CARS. Special care is taken to prevent self-focusing and spectral-temporal chirp of fs CARS beams while maintaining Gaussian focusing beam caustic.</p>