三探针方法脉冲放电等离子体特性

基于三探针方法开展了脉冲放电等离子体特性研究,实现了单次脉冲放电等离子体参数的时变特性诊断。采用金属罩屏蔽、示波器锂电池供电等方法降低了电磁信号干扰,利用Labview编制了特定的程序进行三探针诊断数据处理。根据脉冲放电等离子体具有多电荷态离子成分、离子超声速运动等特点,对三探针理论进行相应修正。诊断结果表明,整个放电脉冲内高压引出界面电子温度Te处于2~4 eV之间,离子密度ni处于1017~1018 m-3量级之间,与Langmuir单探针诊断结果吻合。     

含氢电极脉冲放电等离子体特性诊断

利用飞行时间质谱法诊断了含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体成分、离子电荷状态及离子扩散速度等特性.实验结果表明,含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体的离子成分主要由H+,Ti+,Ti2+和Ti3+组成,其中Ti2+占主要部分.当放电电流为40～80 A时,Ti离子的平均电荷数在1.95～2.13之间,随着放电电流的增...     

甚高频激发的容性耦合Ar+O_2等离子体电负特性研究

利用探针辅助的脉冲激光诱导负离子剥离诊断技术对掺入5%O_2的容性耦合Ar等离子体电负特性进行了诊断研究.首先详细解析了脉冲激光剥离后探针的电信号,分析了探针偏压在低于或高于空间电位下的探针收集信号特征;根据探针偏压与探针收集信号之间的依赖关系,用来描述Ar+O_2等离子体电负特性的等离子体电负度被定义为脉冲激光剥离出的电子电流与偏压高于空间电位的探针收集到的背景电子电流的饱和比值,并对等离子体电负度随放电气压、射频功率以及轴向位置的变化进行了诊断测量.实验结果表明等离子体的电负度随着射频功率的增加而减小、随着放电气压的上升而变大;由于非对称电极的分布特性,在轴向方向上靠近功率电极时等离子体电负度有升高的趋势,这种趋势可能与鞘层边界附近二次电子的动力学行为以及负离子的产生与消失过程有关.     

含氢电极脉冲放电等离子体特性诊断

利用飞行时间质谱法诊断了含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体成分、离子电荷状态及离子扩散速度等特性。实验结果表明,含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体的离子成分主要由H+,Ti+,Ti2+和Ti3+组成,其中Ti2+占主要部分。当放电电流为40～80 A时,Ti离子的平均电荷数在1.95～2.13之间,随着放电电流的增大,平均电荷数也会增加。同时诊断了不同离子的扩散速度,其值均在104 m/s量级,但不同离子的扩散速度有所不同。     

同轴枪正、负脉冲放电等离子体特性的对比

同轴枪脉冲放电产生的等离子体具有高速度、高密度的特点,在核聚变、空间推进、天体物理领域具有很高的应用价值.本文针对不同放电方式对等离子体特性的影响进行了理论实验研究,通过调换脉冲电源整流二极管的方向改变充电电流方向实现正、负脉冲放电,采用光学、电学、磁探针等诊断手段,研究了正、负脉冲放电产生的等离子体性能;通过高速相机观察到正脉冲等离子体的分团现象,使用了图像处理技术,量化对比了等离子体发光强度.结果表明在相同工作气压和放电电压下,负脉冲等离子体拥有更高的密度,流速稍小但性能趋稳;而正脉冲等离子体具有更高的射流速度,也易产生明显的分团现象,所得实验结果与理论分析相一致.     

Langmuir单探针诊断射频辉光放电等离子体及其数据处理

Langmuir探针是诊断等离子体参数的重要手段.报道了在氩气射顿(13.56MHz)辉光放电等离子体中使用调谐单探针进行诊断,对探针I-V特性曲线的统计噪声进行了数字滤波的光滑化处理,而后求二次微商.在相同的放电条件下,使用自行设计的微分电路,对探针特性二次微商进行在线测量.这两种方法得到的二次微商结果能够较好地符合.     

Langmuir单探针诊断射频辉光放电等离子体及其数据处理

Langmuir探针是诊断等离子体参数的重要手段.报道了在氩气射顿(13.56MHz)辉光放电等离子体中使用调谐单探针进行诊断,对探针I-V特性曲线的统计噪声进行了数字滤波的光滑化处理,而后求二次微商.在相同的放电条件下,使用自行设计的微分电路,对探针特性二次微商进行在线测量.这两种方法得到的二次微商结果能够较好地符合. 关键词： Langmuir探针 二次微商 数值滤波 微分电路     

等离子体的三频点微波透射衰减诊断方法

依据微波在等离子体中的传播特性,并利用微波透射非磁化等离子体时在三个相邻频率点的透射能量衰减值,可同时诊断等离子体中的电子密度和电子碰撞频率。使用该方法对100～700 Pa范围内氦气辉光放电等离子体进行了诊断,选择6.2,6.8和7.4 GHz三个频率点,并与使用双探针诊断的诊断结果进行比较。结果表明：两种诊断方法所得碰撞频率基本一致;微波透射衰减法诊断出的电子密度值与探针法的诊断结果在同一数量级(1016 m-3),但前者约是后者的1.67倍。最后对造成这一差异的原因进行了分析。三频点微波透射衰减诊断方法可用于较高气压及其它静电探针使用受限的环境下,并且可以采用能量较小的微波,不会对等离子体本身造成显著影响,适用于等离子体的初步诊断。     

短管螺旋波放电中等离子体参数测量和模式转化研究

对长度为45 cm的短放电管螺旋波放电等离子体进行了Langmuir探针、原子发射光谱以及集成电荷耦合检测器(ICCD)检测诊断,研究螺旋波等离子体的放电特性.Langmuir探针数据显示电子密度在射频功率增加过程中出现两次大幅增长,由此确认了放电模式的转换及螺旋波放电模式的出现.发射光谱测量结果与Langmuir探针测量的电子密度数据一致,发现Ar原子和Ar离子的谱线强度与放电模式变化有着密切相关性.而通过对不同放电模式的ICCD测量,获得射频功率吸收因放电模式转变而变化的方式,认为放电模式转换时电子行为和能量传递方式也发生着变化.     

同轴电极结构下真空放电等离子体生成及传播特性

采用放电电流为100~300 A、持续时间为13 s的单脉冲电源,设计了两种同轴电极结构作为放电阳极,分别为筒状电极、喷嘴状电极。利用MAXWELL 3D电场仿真软件对两种电极结构下的电场分布进行了仿真分析,并采用探针法对放电生成的等离子体的参数进行了测量,分析讨论了同轴电极结构对真空放电等离子体生成特性的影响。选取喷嘴状电极结构作为阳极,分别测量了采用铅、铝、铜三种材质的阴极时生成的等离子体的扩散速度及能量。实验与仿真结果表明:当阳极为喷嘴状电极时阴极尖端的电场强度较大,测得放电电流较大,击穿电压较低,等离子体密度也较大;采用铝材质阴极时生成的等离子体扩散速度最快,采用铅材质阴极时生成的等离子体的离子动能最大。     

脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断

利用工作在浮点模式下的发射探针,对500 Hz脉冲调制的27.12 MHz容性耦合氩气等离子体的空间电位和电子温度的时变特性进行了诊断.等离子体空间电位是通过测量强热状态下的发射探针电位获得的,而电子温度则是由发射探针在冷、热状态下的电位差来估算得到.测量结果表明:脉冲开启时,空间电位会快速上升并在300μs内趋于饱和;当脉冲关断后,空间电位经历了快速下降后趋于稳定的过程.电子温度在脉冲开启时存在过冲并趋于稳定的特征;而在脉冲关断期间,电子温度在300μs内则快速下降到0.45 e V后略有上升.无论在脉冲开启或关断期间,空间电位基本上都随功率和气压的变化存在有线性的依赖关系;而放电功率对脉冲开启期间过冲电子温度与稳态电子温度差异的影响较大.针对空间电位和电子温度在各阶段及不同放电条件下的时变特性,给出了相应的解释.     

A pulsed Langmuir probe for plasma diagnosis

A pulse technique has been presented for generating a complete Langmuir probe characteristic curve in a short time interval which can be varied from 1 sec to 1 millisec. The method has been applied successfully to different plasma systems of our laboratory. Several examples have been given for indicating the type of diagnostic studies being carried out with this pulsed probe.     

Plasma response to transient high voltage pulses

This review reports on plasma response to transient high voltage pulses in a low pressure unmagnetized plasma. Mainly, the experiments are reviewed, when a disc electrode (metallic and dielectric) is biased pulsed negative or positive. The main aim is to review the electron loss in plasmas and particle balance during the negative pulse electrode biasing, when the applied pulse width is less than the ion plasma period. Though the applied pulse width is less than the ion plasma period, ion rarefaction waves are excited. The solitary electron holes are reviewed for positive pulsed bias to the electrode. Also the excitation of waves (solitary electron and ion holes) is reviewed for a metallic electrode covered by a dielectric material. The wave excitation during and after the pulse withdrawal, excitation and propagation characteristics of various electrostatic plasma waves are reviewed here.     

脉冲等离子体飞行时间质谱诊断技术

根据脉冲等离子体关键特征参数的特点及相关应用需求,基于垂直引入式有网反射二阶空间聚焦技术,研发了脉冲等离子体飞行时间质谱诊断系统,其质量分辨率约为1690 (FWHM),离子能量诊断范围为3~150 eV,时间分辨率约为0.45 s。通过对典型脉冲等离子体开展飞行时间质谱分析和研究,获得了离子质谱、离子能量分布函数等重要特征参数。等离子体以不同价态的Ti离子为主,Ti+最可几能量约为23 eV,Ti2+最可几能量约为48 eV。     

脉冲等离子体飞行时间质谱诊断技术

根据脉冲等离子体关键特征参数的特点及相关应用需求,基于垂直引入式有网反射二阶空间聚焦技术,研发了脉冲等离子体飞行时间质谱诊断系统,其质量分辨率约为1690(FWHM),离子能量诊断范围为3~150eV,时间分辨率约为0.45μs。通过对典型脉冲等离子体开展飞行时间质谱分析和研究,获得了离子质谱、离子能量分布函数等重要特征参数。等离子体以不同价态的Ti离子为主,Ti+最可几能量约为23eV,Ti 2+最可几能量约为48eV。     

高速时空分辨光谱仪的构建及其在水中纳秒脉冲火花放电光谱诊断中的应用

近年来对水中高压脉冲放电等离子体特性的诊断研究越来越受到重视。测量单个放电脉冲放电等离子体的时间-空间分辨发射光谱,有助于研究水中脉冲放电等离子体的时空演化动力学特性和规律。在本研究中将四分幅超高速相机和单色仪结合,构建了一种跟踪单个放电脉冲的高速时空分辨光谱仪,开发了相应的光谱分析软件。用波长632.8 nm的He-Ne激光器,在1 200 g·mm-1刻线光栅条件下对光谱仪的性能进行了测试。结果表明：对应He-Ne氦氖激光632.8 nm谱线的像素分辨率为0.013 nm。在曝光时间20 ns时,单色仪狭缝宽度0.2 mm时632.8 nm谱线的仪器展宽为(0.150±0.009)nm,仪器展宽随着狭缝宽度的增加呈现增大趋势。曝光时间的变化不会引起仪器展宽的变化,能够确保在调节相机曝光时间的过程中不影响光谱仪性能。利用该高速分辨光谱仪对水中纳秒火花放电发射光谱进行了测量,单次曝光获得了单一脉冲放电等离子体时空演化光谱。今后进一步完善实验室的电路条件消除放电干扰,可以对单个放电脉冲进行更细致的测量,为研究单个放电脉冲等离子体参数的时空演化特性提供良好的技术手段。     

超短脉冲准分子激光淀积类金刚石薄膜的实验研究

利用ＫｒＦ超短脉冲激光器开展了超短脉冲激光淀积金刚石薄膜实验研究,薄膜生长速率０．０２ｎｍ／ｐｕｌｓｅ,厚度０．５－０．６μｍ,显微硬度５５ＧＰａ,光学透过率优于９０％,采用等离子本的时间－空间分辨的发射光谱技术,给出了等离子体的粒子成份以及等离子体的时间－空间的演化图像,以及在不同激光参数条件下等离子体特性的变化,发现超短脉冲激光的等离子体有能量高、持续时间短（高通量）的特点,适合类金刚石薄膜的