低压氩气电感耦合等离子体特性分析及光谱诊断

电感耦合等离子体具有电子密度高、放电面积大、工作气压宽、结构简单等特点,在等离子体隐身领域具有突出的潜在优势。相对于开放式等离子体,闭式等离子体更适应于飞行器表面空气流速高、气压变化大的特殊环境。研究着眼于飞行器关键部件的局部隐身应用,设计了一种镶嵌于不锈钢壁中的圆柱形石英腔体结构,利用电感耦合放电的方式在腔体中产生均匀的平板状等离子体。由于增加了接地金属,降低了腔体内的钳制电位,同之前的纯石英腔体相比,该结构显著改善了等离子体的均匀性。研究了该闭式腔体内氩气电感耦合等离子体（ICP）的放电特性和发射光谱,实验中放电功率达到150 W时,可以明显观察到ICP的E-H模式转换,此时发射光谱和电子密度都呈现阶跃式增长。氩气发射光谱强度随放电功率升高显著增加,但是不同谱线强度增加幅度并不一致,分析认为是受不同的跃迁概率和激发能的影响。根据等离子体的发射光谱,利用玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行诊断,得到电子激发温度在2 000 K以上,并且随功率升高而降低,因为功率增大使电子热运动增强,粒子间的碰撞加剧,碰撞导致的能量消耗也更大。电子激发温度沿腔体径向呈近似均匀分布,分布趋势受功率影响不大。针对利用发射光谱诊断电子密度误差较大、计算繁琐的问题,引入Voigt卷积函数,经过拟合滤除多余展宽项的影响,得到准确的Stark展宽半高宽。最终利用发射光谱Stark展宽法计算了电子密度,腔体中心处的峰值密度可以达到7.5×1017 m-3。随着放电功率增大,线圈中容性分量降低,耦合效率增大,电子密度随之增大,但空间分布趋势基本不受功率影响。     

氢灯放电等离子体参量光谱诊断

测量了氢灯放电波长处于325~675nm的光谱,通过光谱强度和波长等数据,利用等离子体局域热平衡条件,计算了氢气放电等离子体的激发温度、振动温度和转动温度.     

螺旋波激发氢等离子体光谱诊断

利用一套螺旋波激发等离子体化学气相沉积（HWP—CVD）发生装置及发射光谱采集装置，原位诊断了不同入射功率、气压、氢气流量下氢等离子体光谱，研究了激发态氢原子的变化情况、氢分子振动温度的变化和激发态氢分子的相对分布。结果表明：     

低压氢等离子体发光光谱

本实验使用2.45 GHz微波(100～200 W)激励产生低压(1～4 kPa)氢等离子体,通过光纤光谱仪探测氢等离子体的发射光谱,并分析了特征谱线分布及谱线强度随压强、功率的变化情况,计算了氢等离子体的电子激发温度.实验结果表明,压强由1 kPa增加至4 kPa,谱线强度减小;功率由100 W增大至200 W,谱线强度增大.随着压强的增大,电子激发温度减小或先减小后增大.     

低压氢等离子体发光光谱

本实验使用2.45 GHz微波(100～200 W)激励产生低压(1～4 kPa)氢等离子体,通过光纤光谱仪探测氢等离子体的发射光谱,并分析了特征谱线分布及谱线强度随压强、功率的变化情况,计算了氢等离子体的电子激发温度.实验结果表明,压强由1 kPa增加至4 kPa,谱线强度减小;功率由100 W增大至200 W,谱线强度增大.随着压强的增大,电子激发温度减小或先减小后增大.     

微波氢等离子体的特性

在MPCVD装置中,通过调节微波功率和反应腔压强,使用高分辨率多道光谱仪采集氢气的Hα线.由谱线的多普勒展宽计算得到氢等离子体中的离子温度.结果显示,随着微波功率的增大,离子温度会先升高后降低;随着反应压强的增大,离子温度也先升高后降低.这说明在MPCVD装置中,可以通过调节装置,得到最佳微波能量吸收点.     

低温低压氢等离子体的光谱分析

采用螺旋波激发氢等离子体,测得氢的Balmer线系前三条谱线的强度.利用二谱线法求电子温度Te,并由Hβ的Stark展宽得到电子密度Ne,简要分析了Te、Ne以及强度与各种参数之间的关系.     

同轴空心阴极氦等离子体的电子激发温度研究

利用同轴空心阴极放电装置,产生氦低温等离子体。通过对等离子体的发射光谱进行测量和计算,研究放电功率以及氦气压强对等离子体的电子激发温度的影响。结果表明:氦低温等离子体的发射光谱主要由连续谱和原子谱线构成,放电功率和压强对谱线的强度具有明显影响。压强的变化不仅影响电子从电场中获得的能量,还会影响电子与原子的碰撞频率,从而导致电子激发温度随着氦气压强的增大,出现先上升后下降的变化趋势。     

离焦量对空气中激光诱导铜等离子体光谱特性的影响

利用Nd: YAG脉冲激光在空气中烧蚀金属Cu靶,获得等离子体光谱;采用改变离焦量的方法,研究了离焦量的变化对谱线结构及谱线强度的影响;分析了离焦量分别为1mm、0mm和-2mm时,沿靶面法线方向不同空间距离处电子温度的演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论. 结果表明,谱线结构、谱线强度和等离子体的电子温度都与离焦量的变化密切相关,聚焦点在-2mm处CuⅠ谱线相对强度出现峰值,电子温度数值最大;聚焦点在-0.5mm和-1.0mm附近谱线相对强度遽然降低的现象是由于等离子体的屏蔽效应造成的.     

Ar等离子体射流发射光谱诊断研究

为了深入了解大气压下Ar等离子体射流的产生机理和内部电子的状态,对Ar等离子体射流进行了发射光谱诊断,以玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行测算,利用发射光谱的连续谱绝对强度法测算出电子密度。通过设计一种可调节气压的金属针-环型介质阻挡放电装置,研究了氩气压和放电功率对Ar等离子体射流的电子激发温度和电子密度的影响。结果表明,随着气压从6kPa升高到16kPa,电子激发温度从0.83eV下降到0.68eV,电子密度从4.45×1022m^-3减小到0.44×1022m^-3(波长648.06nm),且随着放电功率从0.1775W增大到1.7926W,电子激发温度从0.82eV升高到5.14eV,电子密度从0.27×1022m^-3增大到4.61×1022m^-3,而且电子密度较低时,电子激发温度的变化更明显。由此得出结论,氩气压和放电功率对电子激发温度不仅有直接影响,还有通过电子密度变化导致的间接影响,电子密度较低时,氩气压和放电功率对电子激发温度的影响会相对更大一些。同时,选用两个波长计算的电子密度结果很接近,验证了诊断结果的准确性。     

Thermal emission spectrum from a semiconductor electron-hole plasma

Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 55, No. 4, pp. 624–629, October, 1991.     

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。     

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058 nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047 nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。     

MPCVD�м���������巢������о�

在微波化学气相沉积装置上采用微波激发氢气甲烷体系等离子体,通过光学多道分析仪采集等离子的发射光谱.实验表明,甲烷在等离子体中的裂解产物主要以CH,CH-,C2基团的形式存在.这些基团的发射光谱强度主要受放电压强和放电功率的影响.随着微波功率的增加甲烷基团发射光谱强度呈增长的趋势;而随着放电压强的增加则是先增大,后减小.这些实验结果对于理解微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)中各种反应过程,调整薄膜制备工艺提供了参考.     

Frequency spectrum characterization of terahertz emission from laser-induced air plasma

Terahertz （THz） emission from laser-induced air-plasma is presented. The frequency spectra of THz wave are investigated using an air-biased-coherent-detection method. The frequency spectra are measured under different pump-pulse and probe-pulse energies. The frequency pump power and we speculate it caused by collision behavior spectra become narrow with the increasing Meanwhile, the bandwidth of the frequency spectra is broadened by the increasing probe power, which can be explained by pulse compression. Based on this finding, the optimal frequency spectrum of THz can be achieved by regulating the probe and pump beam.     

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45GHz,800W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明:等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800W时,气压在25kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012cm-3及4.01kV/cm。     

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45 GHz,800 W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明：等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800 W时,气压在25 kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012 cm-3及4.01 kV/cm。     

狭缝微放电等离子体参数的光谱测量

利用平行管水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气混合气体中,得到了狭缝微放电等离子体。利用发射光谱法,研究了此放电中分子振动温度、分子转动温度和电子的平均能量随气体压强的变化。通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算了氮分子的振动温度;利用氮分子离子(N2+)的第一负带系(B2Σu+→X2Σg+)的发射谱线计算了氮分子的转动温度;测量了氮分子离子391.4 nm和激发态的氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比,研究了电子能量的变化。结果表明,当压强从60 kPa增大到100kPa,分子振动温度及分子转动温度均减小,氮分子离子谱线与激发态的氮分子谱线的强度之比亦减小。     

等离子体发射光谱的诊断及N2振动温度的测量

本文自行设计圆柱形真空管以产生可达几帕的低压环境,并在65 Pa空气和14 Pa的空气-CO₂混合气体直流放电中观测了管轴线上各点的发射光谱,并区分出其中最强的谱带系为N₂的第一正带系和第二正带系,进而利用第二正带系的相对强度计算了两种环境下氮气分子的振动温度沿放电管轴线的分布情况.     

小尺寸瞬态等离子体电子密度光谱法试验研究

本文对SCB等离子体发射光谱进行了试验研究,在局部热力学平衡条件下,用AlⅠ394.40nm谱线Stark的展宽法测量了SCB等离子体的电子密度;在发射光谱和Saha方程理论的基础上,设计并建立一套测试仪器,时间分辨率为0.1μs,将其测量的电子密度与同种试验条件下的Stark展宽法得到的结果相比较,电子密度的数量级都为1015cm-3－1016cm-3,且随时间的变化的规律相同。