用双光收缩式径向剪切干涉仪测量气体温度场

为了适应大测试区的相位物体的测试研究和控制光学系统的成本,设计出双光收缩式径向剪切干涉光学系统。通过实验得到干涉条纹,用CCD摄入计算机,经Matlab编制傅里叶变换、相位去包裹和其他数值计算程序,解调干涉条纹的相位,计算出温度扰动产生的波面畸变量,它等于折射率变化引起的相位偏移值,用轴对称气体温度场重建方法,再现了气体温度场一个层面上的温度分布。实验结果与铜一康铜微型热电偶单点测温相比较,两者相差不大。实验表明该系统具有较高的精度和测试灵敏度,适于环境温差较小的相位物体热物理量的测量。     

针-板和针-水电极大气压直流辉光放电的光谱特性

利用光谱学方法,对针-水电极和针-板电极直流辉光放电特性进行了比较研究。结果发现两种装置产生的放电都有明显的分区现象, 从阴极到阳极分别为负辉区、阴极暗区、正柱区和阳极辉区。针-板电极放电中可以清晰地观测到阳极暗区, 而针-水电极放电阳极暗区不明显。对比两种放电的伏安特性曲线,发现放电电压均随电流增大而减小,但相同电流下针-水电极间的电压大于针-板电极间的电压。由于伏安特性具有负斜率,且放电电流密度介于10-5～10-4 A·cm-2,说明两种装置中的放电均处于正常辉光放电阶段。在正常辉光放电的范围内比较两种放电的发射光谱, 发现发射光谱中都包含N₂的第二正带系(含波长为337.1 nm的谱线)和N+₂的第一负带系(含波长为391.4 nm的谱线),但相对强度不同。利用光谱学方法对放电发射谱的谱线强度比I_391.4／I_337.1和振动温度进行了空间分辨测量,发现相同位置处针-水电极放电的谱线强度比要比针-板电极放电的大,并且相同位置处针-水电极放电的振动温度高。     

Radial Distributions of Dusty Plasma Parameters in a DC Glow Discharge

A non‐stationary non‐local kinetic model for radial distributions of dusty plasma parameters based on the solution of Boltzmann equation for electron energy distribution function is presented. Electrons and ions production in ionizing collisions and their recombination on dust particle surface were taken into account. The drift‐diffusion approximation for ions was used. To obtain the self‐consistent radial distribution of electric potential the Poisson equation was used. It is shown that at high dust particle density the recombination of electrons and ions can exceed their production in ionization collisions in the region of dusty cloud. In this case the non‐monotonous radial distribution of the electric field is formed, the radial electric field becomes reversed and the radial electron and ion fluxes change their direction toward the center of the tube (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

用发射光谱法测量氮气直流辉光放电的转动温度

本文报道了氮气气压分别为10和20Pa时，对直流辉光放电的发射光谱进行测量和分析的结果。选择的研究对象为N2放电中形成的N2^ B^2∑u^ →X^2∑g^ 跃迁的Δv=v′-v″=0谱带系中v′=0→v″=0谱带的R支。在阴极背面辉光区、阴极鞘层区、正柱区以及阳极辉光区中分别选择一点进行了转动分辨的发射光谱的测量。利用自己编写的光谱拟合程序，获得了相应的实验条件下N2^ 的转动温度，给出了转动温度随放电电压的变化趋势，其结果可以用直流放电的帕邢定律得到很好的解释。在10和20Pa气压下，放电的阴极鞘层区、正柱区、阳极辉光区中的转动温度都随放电电压呈现出了不同的变化趋势，甚至是完全相反的变化趋势。我们认为这是由于气压不同时，放电状态不同所致：气压为10Pa时的放电是正常辉光放电，而气压为时20Pa的放电为反常辉光放电。     

Quenching Effect of Microwave to DC Glow Discharge in Gas Lasers

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辉光等离子体辅助化学气相沉积低温合成金刚石薄膜的研究

采用辉光放电等离子体增强化学气相沉积 (GP CVD)技术在低温条件下合成了高品质的亚微米金刚石薄膜 ,并通过对合成过程的实时发射光谱诊断确定了 [CH4 H2 ]系统参与金刚石合成反应的主要荷能粒子。对合成过程的研究表明 :采用这种技术能使电子增强热丝化学气相沉积 (EACVD)合成高品质金刚石薄膜的温度从 85 0℃降至 (340± 5 )℃ ;薄膜低温合成中的主要荷能粒子为CH3 、CH ,CH+ 、H 等 ,其中过饱和原子氢保证了高品质金刚石薄膜的合成 ;根据光诊断和探针测量的结果推断近表面辉光放电可在基片表面形成电偶极层 ,该偶极层是进行超常态反应的必要环境 ,并在低温合成中起重要作用     

细长金属管内产生的直流辉光等离子体发射光谱诊断

利用发射光谱法对金属管内形成的稳定氩氮直流辉光等离子体进行了诊断。通过对等离子体发射光谱谱线的研究确定了等离子体中的活性粒子成分;根据氩原子的玻尔兹曼曲线斜率法计算了等离子体中的电子激发温度;采用氮分子第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算了等离子体中的氮分子振动温度;研究了电子激发温度和氮分子振动温度随压强的变化特征。研究结果表明,在20 Pa下产生的Ar60%+N₂40%直流辉光等离子体中,活性成分主要是Ar原子、Ar离子、N₂的第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)和N+₂的第一负带系跃迁(B2Π+_u→X2Σ+_g);电子激发温度约为(15 270±250)K;氮分子(C3Π_u)振动温度约为(3 290±100)K;随着压强的增加电子激发温度、分子振动温度逐渐降低。文章的研究结果对细长金属管内表面改性研究具有重要的意义。     

大气压下绝缘毛细管内等离子体放电及其特性研究

在石英毛细管内利用两个边缘锋利的中空针型电极间的放电形成了63 cm长的大气压弧光等离子体.通过记录放电图片和测量电流-电压特征波形及伏安特性曲线的方法对管内等离子体从反常辉光状态过渡至超长弧光状态的过程做了细致的研究,发现管内等离子体在弧光状态下的电子密度不低于10¹⁴ cm^-3.另外,还进一步考察了两电极的间距和电源工作频率对放电伏安特性的影响以及通过发射光谱法测得的等离子体气体温度随外加电压的变化规律.当活性气体(氧气)按一定比例混合到氩等离子体中时,通过 关键词： 大气压等离子体 反常辉光放电 弧光放电 发射光谱     

导爆管起爆器瞬态电火花温度的光谱法测定

应用双谱线原子发射光谱测温法的原理，建立了一套石英光导纤维传输的瞬态实时双谱线测温系统，它的时间分辨率最高可达0.1цs，所采用的两条谱线的波长分别为Cu I 510.5和Cu I 521.8nm。利用该套装置，研究了在不同电压下导爆管起爆器的放电火花温度随时间的变化，以及不同放电条件下的电火花持续时间。试验表明：对给定的起爆器火花的温度，是在2100-4200K范围内变化，放电时间随充电电压的提高而增长。     

微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性研究

采用空间分辨光发射谱和傅里叶变换功率阻抗分析仪研究了衬底偏压和辉光功率对微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性的影响.研究表明：在交流偏压(AC)、悬浮(floating)、负直流加交流(-DC＋AC)偏压下,Hα发射强度空间分布规律相似,平均鞘层长度相等;正直流加交流(＋DC＋AC)偏压和接地(grounded)时Hα发射强度显著增强,并存在双峰(double layers)现象.增大功率,Hα发射强度也随着增大,并在17W与22W之间产生跳变.电学测试发现功率增大,等离子体电阻降低,电抗降低,电 关键词： 等离子体 光发射谱 衬底偏压 辉光功率     

隔环结构CuBr激光放电管温度场分析

提出了隔环式ＣｕＢｒ激光放电管温度场的简单数学模型,获得了气体温度场径向分布的解析表达式,分析了这种结构对放电稳定性及激不光斑质量的影响。     

炸药爆轰瞬态温度的光谱法测定

在双谱线原子发射光谱测温原理的基础上,设计了对炸药爆轰的瞬态温度进行实时测量的光纤光谱测试系统,利用光学纤维将炸药爆轰的光谱信号传入测光系统,用多通道数据采集器处理数据,系统的时间分辨率可高达0.1μs,所选择的两条谱线的波长分别为CuI 510.5和CuI 521.8nm,为炸药爆温的测量提供了一种简单有效的方法。利用该测温系统,通过对炸药爆轰光谱的测量,获得了实时瞬态爆轰温度-时间分布曲线。     

常压高频等离子体电子温度的光谱法诊断

常压高频等离子体由于其无电极污染、能量密度大、温度高及气氛可控的特点而得到了广泛应用,电子温度是影响其使用性能的关键参数,根据发射光谱使用玻尔兹曼图解法计算是最常用且最可行的诊断方法,但由于跃迁几率数据可靠性、环境背景、仪器误差、数据处理误差等原因,不同研究者根据不同谱线计算的结果通常不具有可比性。为了得到可靠性高的电子温度计算结果,针对存在SiO₂颗粒的常压高频空气等离子体,以光谱范围为200～1 077 nm的7通道高分辨光纤光谱仪为测量工具,该研究讨论了元素、光谱段选择对计算结果可靠性的影响。结果表明,由于N₂占电离气体的主要部分且不参与化学反应,N Ⅰ发射谱线是最佳选择,使用738～940 nm内N Ⅰ的谱线计算的拟合度为0.95,计算的电子温度最为可靠;由于Si和O极易结合成SiO₂颗粒,此二元素的能量不再满足玻尔兹曼分布,计算结果的可靠性较差,因此不能使用Si和O元素的发射谱线计算电子温度;使用掺入Ar的谱线同样不能得到可靠的电子温度计算结果。因此,为了有效诊断等离子体电子温度,在不同应用场合中,应当根据实际情况,合理选择测量光谱范围及光谱仪,选取合适的粒子及其发射谱线。     

Temperatures in Dielectric Barrier Gas Discharges for Surface Treatment

Optical emission spectroscopy is an optical non‐destructive method with which the temperature of the heavy particles (atoms, molecules, and ions) and the vibration temperature is determined in an air plasma torch and in an atmospheric nitrogen dielectric barrier parallel plate discharge. The two temperatures are measured to obtain an estimation of the deviation from local thermal equilibrium and to compare the two plasma source configurations which are used for surface treatment. (© 2005 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

大气压氩直流微放电光谱研究

微空心阴极放电或微放电是一种能够实现高气压下放电的有效方法。利用不锈钢空心针作阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压氩直流微放电实验研究。测量了大气压氩微放电光谱,发现氩气的发 射谱线主要集中在690～860 nm范围,且全部为氩原子4p—4s的跃迁。实验研究了不同放电电流、气体压强、气体流量与谱线强度之间的关系,发现谱线强度随放电电流、气体流量增加均增加,而谱线强 度随压强变化呈现不同特征：谱线强度随压强的增加先增加后降低,在13.3 kPa时强度最大。此外,选用跃迁波长为763.51和772.42 nm的两条光谱线,利用发射谱线强度比值法测量了氩气微放电等离子 体的电子激发温度。结果显示,其电子激发温度处于2 000～2 800 K之间,且随放电电流的增加而增加,随气体压强和气体流量的增加而降低。     

Gas Chromatography Analysis of Discharge Products in N2‐CH4 Gas Mixture at Atmospheric Pressure: Study of Mimic Titan's Atmosphere

In this paper, we report presence of various organic products formed in a flowing atmospheric glow discharge fed by gas mixture containing 1‐5 % of methane in nitrogen, which mimics the Titan's atmosphere. Gaseous products from the discharge exhaust were analysed by Gas Chromatography with Mass Spectrometry (GC‐MS). The experimental results revealed C₂H₂, HCN, and CH₃CN as the major products. Various hydrocarbons and nitriles were the other determined gaseous products. Whilst many of these compounds have been predicted and/or observed in the Titan atmosphere, the present plasma experiments provide evidence of both the chemical complexity of Titan atmospheric processes and the mechanisms by which larger species grow prior to form the dust that should cover much of the Titan's surface. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Spectroscopic studies of sodium nitrate plasma produced by nanosecond laser ablation

We present the optical emission characteristics of the sodium plasma produced at the surface of sodium nitrate (NaNO₃) also known as Chile saltpeter. We used a Q-switched Nd:YAG (Quantel Brilliant) pulsed laser having a pulse duration of 5?ns and 10?Hz repetition rate which is capable of delivering 400?mJ at 1064?nm and 200?mJ at 532?nm. The target material was placed in front of laser beam in air (atmospheric pressure). The experimentally observed line profiles of neutral sodium have been used to extract the electron temperature using the Boltzmann plot method, whereas the electron number density has been determined from the Stark broadening. The electron temperature is calculated by varying the distance from the target surface along the line of propagation of the plasma plume and also by varying the laser irradiance. Besides, we have studied the variation of number density as a function of laser irradiance as well as its variation with the distance from the target surface. It is observed that electron temperature and electron number density increase as the laser irradiance is increased.     

高温Raman光谱测试技术进展

高温Ｒａｍａｎ谱是现代揭示物质分子结构的主要手段之一。上海市钢铁冶金新技术开发应用到为能在高温下对冶金熔体等物质进行Ｒａｍａｎ光谱的测定。研究分析了国际上的各种测定高温Ｒａｍａｎ光谱的方法,实施了对ＪＹ Ｕ１０００型Ｒａｍａｎ光谱仪的改造,以及提出阱一步提高谱仪高温测定性能的方案。     

Raman Spectroscopic Studies of Methane Gas Hydrates

Abstract

A brief review of the Raman spectroscopic studies of methane gas hydrates is given, supported by some new measurements done in our laboratory.     

带轴向温控仪的金属蒸气激光管径向温度场分析

对带轴向温控仪的金属蒸气激光放电管,建立了描述放电管径向温度场的简单数学模型.给出了由热辐射和热传导引起的径向温度变化的解析表达式,计算分析了轴向温控仪对激光管管壁温度和径向温度分布的作用机制.结果表明轴向温控仪可在一定范围内独立调节放电管管壁温度和减小激光管的径向温度梯度,可有效提高激光器运转效率和稳定性.