真空中微波等离子体喷流电子数密度分布规律实验研究

为了准确诊断真空中微波等离子体喷流的电子数密度，利用统一的发射和单郎缪尔探针测量等离子体的空间电位，再测量等离子体的电流-电压特性曲线.根据空间电位测量结果，在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流，从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明，当真空环境压强为2—6 Pa、等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是42—106 mg/s的氩气时，所产生的微波等离子体喷流中电子数密度分布在1×10¹⁶—7.2×10¹⁶/m³范围内.     

空气放电非平衡等离子体的模拟计算

 基于空气放电非平衡等离子体动力学,对空气放电进行了数值计算,分析了放电后等离子体中的主要粒子（N₂(v6),N₂(A3),O₂(a1),O和O₃）数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明,随着初始温度的升高,空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时,放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×⁷ cm^-3,而当温度升高到400 K和500 K时,O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×10¹⁰ cm^-3和5.51×10¹⁰ cm^-3。约化场强的影响与温度类似,其中氮气的振动激发态N₂(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加,粒子数密度大幅增加,氮分子的激发态N₂(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。     

用离焦4f差分干涉仪测量等离子体壳层电子密度

 将环型横向剪切干涉仪置于两个镜头之间,由此设计出一种新型的离焦4f差分干涉仪,该干涉仪同时具有分离光路的剪切量和条纹空间频率分别可调的优点以及共光路结构的稳定性和易于调节的优点,使得在测量大密度梯度等离子体的密度分布时,可以在不降低空间分辨率的条件下仍保证干涉条纹可读。在DPF装置上进行了实验,获得了等离子体壳层的干涉图样,计算了等离子体的径向电子密度分布,在内电极端面上方测量到的最高电子密度约为1.2×10¹⁹ cm^-3,外围等离子体壳层的电子密度约为2×10¹⁸ cm^-3。     

高通量中性原子氧束流的发生与控制

 采用微波同轴耦合氧气放电产生高密度氧等离子体, 经磁场约束后与一施加负偏压的金属板碰撞复合并反射, 得到通量在10¹³~10¹⁶atom/cm²×s范围可控, 动能约为6-10eV的中性氧原子束流。用双探针技术对生成的氧等离子体进行了诊断测量。根据聚酰亚胺在原子氧作用下的剥蚀率对原子氧束流进行了标定测量。     

Al激光等离子体电子温度的时间分辨诊断

 将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合，构成时间分辨光谱测量系统，对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量，获得了相对入射激光延迟约1ns，积累时间约200ps的光谱信号。利用稳态碰撞-辐射平衡（CRE）近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型，给出了Al激光等离子体Ly-β线与He-β线强度比以及Ly-γ线与He-γ线强度比与电子温度的函数关系。在此基础上，根据实验谱线强度比，得到激光强度为2.319×10¹⁴，1.937×10¹⁴和3.946×10¹⁴ W/cm²时，等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%)，1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV。     

射频低压等离子体电子能量分布函数的探针诊断

本文对于无内电极放电的射频低压等离子体,采用探针电流调制法,设计并建立了三探针诊断电子能量分布函数的测量系统,测量了压力在10^-3—10^-1Torr下氮气等离子体的电子能量分布函数。从理论和实验上研究了探针鞘层上射频干扰电压对测量电子能量分布函数的影响,给出了确定射频干扰值以及对射频干扰的影响进行修正的方法,并采用该方法对实验数据进行了修正,得到了正确的电子能量分布函数。根据所得到的电子能量分布函数计算的电子平均能量,与由探针伏安特性计算得到的电子平均能量相差不超过5％,该结果间接证明了本文实验测量系统的可靠性以及对射频干扰影响进行修正的正确性。     

局域环境中微波等离子体电子密度诊断实验研究

为了研究局域真空环境中微波等离子体喷流电子数密度的分布规律及其影响因素,利用发射/郎缪尔探针测量等离子体的空间电位,再测量等离子体的电流-电压特性曲线,根据空间电位测量结果,在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流,从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明：在有约束边界条件下,微波等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是21—105 mg/s的氩气时,所产生的喷流中电子数密度分布在8.8×10¹⁴—7.53×10¹⁶/m^{3关键词： 等离子体诊断技术 等离子体基本过程 等离子体基本特性}     

激光功率密度对Al膜靶后表面快电子发射的影响

 报道了在20 TW皮秒激光器上完成的p偏振激光与等离子体相互作用过程中产生的快电子的角分布和能谱测量结果。实验得到：当激光功率密度小于10¹⁷ W/cm²时,电子发射没有明显定向性,在激光入射面内多峰发射;当激光功率密度大于10¹⁷ W/cm2,小于10¹⁸ W/cm²时,电子主要沿靶面法线方向发射;当激光功率密度达到相对论强度时,电子主要沿激光传播方向发射;激光功率密度未达到相对论强度时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度符合共振吸收温度定标率;激光功率密度达相对论强度以上时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度高于已有的温度定标率。     

射频电感耦合夹层等离子体中的模式转换

本文利用微波相位法和光谱诊断法, 研究了ICP放电等离子体在圆台状夹层等离子体中E模和H模相互转换的物理现象. E模和H模的之间转换过程是一个瞬间突变的, 转换点的输入功率随真空室压强的变化而变化. H模向E模转换的阈值功率低于E模向H模转换的值, 等离子体参数随输入功率变化曲线类似于铁磁物质中的磁滞回线. Ar II 408.2 nm谱线的强度的变化规律和电子密度随功率变化的规律基本一致. 通过本实验可以获得一种电子密度范围为3.85×10¹¹ cm^-3 < n_e < 4.68× 10¹¹ cm^-3, 外表面积为0.3 m², 厚度为2 cm稳定工作的等离子体源.     

轴承滚珠等离子体浸没离子注入过程的数值模拟

 利用轴对称PIC模型对轴承滚珠等离子体浸没离子注入（PIII）过程进行了数值模拟，对归一化电势的扩展情况进行了研究。在滚珠批量处理过程中，为了避免相邻滚珠周围鞘层的相互重叠对注入均匀性造成不良影响，对滚珠在靶台上摆放的最小距离进行了数值计算，计算结果表明：在电压为－40kV, 氮等离子体密度为4.8×10⁹ cm^-3，脉冲宽度为10μs时，滚珠摆放的最小距离应大于34.18cm。分析了滚珠圆周方向注入剂量的分布情况，针对静止滚珠改性处理后剂量分布很不均匀的问题，通过旋转靶台使滚珠注入均匀性明显得到改善。利用朗谬尔探针测量了滚珠周围鞘层扩展的情况测量，模拟结果和实验测量结果相吻合，最大相对误差小于8.4 %。     

金刚石膜合成条件下的鞘层与等离子体参数分布

本文报导了在用热阴极直流放电等离子体化学气相沉积（通常也称ＥＡＣＶＤ．即电子辅助化学气相沉积）方法合成金刚石的条件下的等离子体密度、电子温度、等离子体空间电位分布及基片附近等离子体鞘结构，并讨论其对成膜的影响．     

悬浮液雾化进样感耦等离子体基本参数研究——Ⅱ等离子体电子密度测定

研究了悬浮液雾化进样感耦等离子体原子发射光谱基本参数-等离子体电子密度的测定。实验使用Stark效应常用的谱线H_β线来计算等离子体电子密度。测定结果表明悬浮液雾化进样同水溶液雾化进样感耦等离子体原子发射光谱时等离子体电子密度没有发生显著的变化,数值基本上为1015数量级。固含量高达10％ TiO₂悬浮液雾化进样等离子体原子发射光谱,电子密度测定结果仅有微小的降低。高固含量悬浮液雾化进样等离子体原子发射光谱没有显著地影响等离子体电子密度,有助于使用高固含量悬浮液雾化进样等离子体原子发射光谱来进行痕量元素分析测定。     

微波共振探针及其在等离子体诊断中的应用

介绍了能够测量稳定和时变等离子体电子密度的微波共振探针,给出了其工作原理和在测量稳定、时变和瞬态等离子体电子密度中的应用。分析了传输模式和反射模式的工作过程及对测量范围、测量精度和空间分辨率等影响因素。结果表明,选用较长的探针有利于提高电子密度的测量范围和精度;选用的微波扫频源高端频率越高,频率分辨率越高,则电子密度的测量范围越大,测量精度越高。理论分析得出系统可测量的电子密度约为1.37×10⁸~4.1×10¹¹cm^-3。     

Langmuir探针诊断低压氢等离子体电子密度与温度

为研究实验参数对螺旋波诱导的低压氢等离子体状态的影响,用Langmuir探针对等离子体伏安特性曲线进行了原位诊断,采用双曲正切函数的指数变换模型拟合曲线,根据Druyvesteyn方法得到状态参数电子密度、有效电子温度和电子能量几率函数,分析了它们随实验参数的变化规律。结果表明:射频输入功率、气压和约束磁场对等离子体状态有较大影响。随着射频射入功率增大,放电模式发生转变,电子密度跳跃增长;随着气压增大,电子密度先增大后减小,1.5 Pa为最佳电离气压,随约束磁场的增强呈线性增长;有效电子温度随功率和气压的增大而下降,随约束磁场的增强线性降低,电子能量几率函数曲线峰位和高能部分都向低能移动,与有效电子温度变化规律吻合。     

Langmuir probe and spectroscopic studies of RF generated helium-nitrogen mixture plasma

This paper reports the effect of helium percentage variation in a capacitive RF helium-nitrogen mixture plasma on various plasma parameters and concentration of nitrogen active species (N₂(C³Π _u) and N₂ ⁺(B²Σ _u ⁺)). Langmuir probe is used for determination of electron energy distribution functions, effective electron temperature, plasma potential and electron density. Optical emission spectroscopy is used for determination of electron temperature from Boltzmann's plot of He–I lines and the relative changes in the concentration of active species by measuring the emission intensities of nitrogen (0-0) bands of the second positive and the first negative systems. The results demonstrate that electron temperature, electron density and concentration of active species increase significantly with increase in helium percentage in the mixture and RF power.     

Electrostatic ion cyclotron wave dispersion relation in a steady-state toroidal plasma

Summary Electrostatic ion cyclotron wave dispersion relation has been studied in the experiment THORELLO, a steady-state magnetized toroidal plasma, produced in different neutral gases by hot-filament electron emission and acceleration by a bias voltage. Electron temperature and density, evaluated by Langmuir probes, are of the order of 5eV and 10¹⁰ cm⁻³, respectively. The maximum toroidal magnetic field on the axis is about 2kG. The waves are excited by a pair of thin metallic blades, fed with opposite phase by a low power (<10 W) RF signal, and detected by a movable RF probe. An interferometric method allows the evaluation of the perpendicular wave number, for any given frequency. The fit of experimental data with theoretical curves gives the possibility to evaluate the order of magnitude of the ion temperature. To speed up publication, the authors of this paper have agreed to not receive the proofs for correction.     

等离子体电子温度的发射光谱法诊断

电子温度是表征等离子体性质的一个重要参数。由于等离子体放电过程非常复杂,要实时准确测定其电子温度值非常困难。发射光谱法作为一种等离子体诊断技术,因其所使用的仪器相对简单,并采用非接触测量,灵敏度高,响应速度快,可广泛地应用于各种等离子体性质的研究和参数的诊断。文章介绍了测定等离子体电子温度的双谱线法、多谱线斜率法、等电子谱线法、Saha-Boltzmann法、谱线绝对强度法等多种发射光谱法,同时综述了这些方法在等离子体电子温度诊断中的应用,旨在为实际过程中选择合适的等离子体诊断方法提供参考。     

Microwave propagation through modulated air plasma

When a microwave propagates through a plasma in which electron density and electron collision frequency periodically vary, the propagating wave is modulated in amplitude and phase. An approximate theory is derived to suit the laboratory experimental conditions. Introducing the amplitude and phase difference, the dependence of electron density and electron collision frequency has been derived for different radio frequency modulation and frequency parameter. A scanning double probe technique is used to measure the exact time variation in the plasma parameters at any fixed position during a single cycle of the applied field. Theoretical values agree with those of experiment.