Ag纳米孔阵列中的表面等离子体特性及其相关光学性能

Ag纳米孔阵列因为反常光学透射现象而在基础研究领域和应用研究领域受到广泛关注。目前有关金属孔阵列结构EOT现象的起因还没有得出一个完整清晰的物理机制,这是由于金属孔阵列中存在着复杂的表面等离子体特性。论文基于时域有限差分技术,采用FDTD Solutions软件对Ag纳米孔阵列的光学性能与孔的形状、孔阵列的周期以及薄膜厚度间的关系进行了仿真研究,并对光学现象背后的物理机制——Ag纳米孔阵列中的表面等离子体耦合特性进行了仿真分析。研究结果表明:局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合将会对Ag纳米孔阵列的光学性质产生重要的影响,其中孔形对局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合影响巨大。Ag矩形纳米孔阵列展现出了有趣的光学行为:上、下表面金属表面等离子体激元间的反对称耦合模式,以及靠近矩形纳米孔两长边的局域表面等离子体共振间的反对称耦合模式分别被激发了。     

阵列式等离子体射流特性的研究

研究了大气压下阵列式等离子体射流特性,以实现和完善大气压下大面积的低温等离子体灭菌技术.采用MAXWELL 3D软件仿真及实验的手段,研究相关因素对各种阵列式等离子体射流特性的影响.包括在单管等离子体喷射中的一些基本影响因素(电压、气体流速等)和阵列式等离子体喷射实验中所特有的一些因素(气流均匀度、电极单元间距及电极布置方式).实验在大气压氦气环境下进行,然后通过专门研发的高频高压等离子体放电电源进行了介质阻挡放电.实验结果实现了大气压下阵列式等离子体喷射,证明了通过阵列式等离子体喷射方式来实现大面积等离子体灭菌技术的可行性.除此之外还得出了各种相关因素对阵列式等离子体射流特性的具体影响,用以完善阵列式等离子体射流技术,进行更大面积的灭菌处理.     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。     

射频激发容性耦合等离子体空间的不均匀性实验研究

使用高分辨的等离子体发射光谱系统(OES)研究了射频驱动的容性耦合Ar等离子体的空间光谱分布特性.实验结果表明,等离子体发射强度的空间分布对压强、频率和放电腔体的结构有很强的依赖关系.边界效应(如电报效应、趋肤效应等)使得等离子体发射光谱在电极边缘附近具有强的光谱强度,从而使得200 mm范围内等离子体的不均匀性高于100 mm范围内的情形;驻波效应的存在导致在反应器中心位置出现一个中等强度的谱峰;另外,由于射频波可以在介质板中传播,上极板覆盖有介质情况下的等离子体的不均匀性要高于无介质覆盖的情形.     

介质表面的辉光放电特性

为产生大面积片状等离子体,实验研究了在介质表面的直流放电氩等离子体特性. 测试了共面电极和对面电极两种结构下的放电伏安特性曲线和等离子体发光图像,讨论了介质表面效应对电场分布和放电特性的影响. 结果表明,这两种电极结构具有相似的放电特征,等离子体通道紧贴介质表面;二者伏安特性曲线基本相同,它们随放电条件的变化规律也比较相似,但与传统平板电极直流放电特性不尽相同. 介质表面影响电场分布和电荷损失机制,因而影响放电特性. 介质表面共面和对面电极结构可以产生高密度平面等离子体.     

多针同轴电极介质阻挡放电的传输电荷产生条件分析

介质阻挡放电(DBD)能在常温大气压下产生均匀放电且能耗低,具有广阔的工业应用前景。针对多针-同轴电极,利用正交设计和Lissajous图形法试验研究了DBD电极阵列以及高频电源窗口参数匹配。DBD过程也是电荷传输的过程,传输的电荷量越多,等离子体的化学反应也越充分。正交设计以周期传输电荷量为目标因素,以电源电压幅值、频率、针长度以及纵向相邻针的夹角为试验因素。方差分析结果表明：电压幅值对目标因素的影响最显著,其次为电源频率;长度3.5 mm和2 mm的针以45°间隔排列的电极结构与电源频率21 kHz的配合使得周期传输电荷量最大。进一步试验表明正交试验结果是正确的,对于提高DBD等离子体化学反应效率有重要意义。     

无序和斐波那契序列的二进制波导阵列的安德森局域研究

为了研究相关性对电磁波的安德森局域现象的影响,该文根据无序序列构造了无序一维二进制波导阵列结构、根据斐波那契序列构造了准周期一维二进制波导阵列结构。利用分析转移矩阵方法分别计算了上述2种结构中横电模式的透过率、局域长度和电场的空间分布,并利用一维矩形微波波导进行了相关的实验。根据无序序列构造的无序二进制波导阵列结构的透射共振峰与周期性结构一一对应,位于带边的模式首先转为局域态;根据斐波那契序列构造的准周期二进制波导阵列结构的传输特性与组成阵列的具体单元结构无关,电磁场能量通过分布在空间中不同位置的局域态之间的耦合传输形成离散的传输态。     

锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究

提出一种用于流体等离子体化学反应的锥齿形介质阻挡放电电极结构,并从放电形貌、放电电流波形和功率注入效率等方面,探讨了锥齿形放电电极结构在等离子体形成区域,放电强度,等离子体区域流体分布等方面的特性.实验结果表明,在相同放电条件下,锥齿形放电电极结构的微放电电流峰值及注入功率都比平板形电极结构的大,锥齿形电极介质阻挡放电电极结构更有利于流体物质的等离子体化学反应.     

一种基于空心阴极放电的宽带等离子体微带开关

提出一种基于空心阴极放电等离子体的宽带微带开关,其基本原理是以放电等离子体代替微带线射频微机电系统(RF MEMS)开关的金属悬臂来实现开关功能.利用低气压下空心阴极放电产生微带等离子体,并研究了这种开关的传输特性.结果表明,放电系统工作时,等离子体开关对1～9GHz电磁波的传输效率为10%～30%;不产生等离子体时,开关间隙将隔离电磁波;开关对脉冲电压的响应时间约为1μs.利用空心阴极结构和脉冲电压驱动可以实现宽带微带开关.     

裸露金属电极大气压射频辉光放电研究进展

射频大气压辉光放电等离子体在等离子体辅助刻蚀、薄膜沉积、消毒灭菌、空气净化、战地生化清洗等领域有着非常广阔的应用前景.目前,采用具有裸露金属电极结构的等离子体发生器实现大气压条件下氦气、氧气以及空气等廉价气体的稳定射频辉光放电是一项具有挑战性的研究工作.本文以采用诱导气体放电法和局部电场强化法产生纯氮、纯氧及空气的大气压射频辉光放电等离子体以及大气环境下气体流动对等离子体放电特性的影响为重点.综述了裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电等离子体电特性实验研究的最新进展.     

激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性研究

用一维粒子模拟程序研究了激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性.结果表明,初始等离子体密度,激光强度和频率共同影响激光脉冲在等离子体光栅中的传输.可以观察到脉冲减速和脉冲展宽效应,以及传输和定域类孤子结构的图像.等离子体光栅存在着光子带隙结构,并且在带隙附近有明显的禁带反射.当激光强度提高时,禁带向低频方向移动.在一定频率下,低密度等离子体光栅中会产生传输的类孤子结构.等离子体密度较大时,电磁场更容易被俘获在光栅中,从而产生定域的类孤子结构.     

常压直流脉冲辅助射频放电起辉过程研究

采用组合电极结构产生常压等离子体射流,对直流(DC)脉冲辅助射频放电进行试验研究.在每个射频脉冲产生之前,引入一个微秒级DC脉冲放电,通过采集放电电流和电压曲线以及时间分辨放电图像,研究这种组合放电的电学特性及时空分布.结果表明,在射频放电脉冲中间引入微秒级DC脉冲放电之后,使射频放电脉冲起辉电压从3.86kV降低到1.61kV,提高了常压脉冲射频放电的稳定性,可为常压射频放电在工业上的连续化应用提供技术依据.     

光诱导平面波导阵列的参数对光波离散动力学行为的影响

空间频率模式的光子带隙反映了光波在周期性结构中的衍射特性．以光折变非线性波传输方程为基础,研究了光折变晶体中光诱导平面波导阵列的光子带隙结构以及其中的Bloch波模式和光波传输特性．详细讨论了光子带隙与光波衍射的关系,并分析了光诱导平面波导阵列的结构参数对光子带隙结构、Bloch波模式以及光波线性传输行为的影响．结果表明：光波在平面波导阵列中的线性传输行为与反映光子带隙结构的衍射关系密切相关,通过改变入射条件可以激发出各阶通带的传输模式．随着阵列写入光强度或波导阵列周期的增大,光子带隙会变宽,并且Bloch波的能量逐渐向高折射率区集中．光子带隙的增宽会导致相邻通带的传输模式在Bragg角度附近发生分离和突变．另外,由于饱和效应的存在,光强的影响会随光强的增大而趋于平稳．     

用PLRC-FDTD法计算微波在激光等离子体中的反射和透射系数

用分段线性递归卷积时域有限差分(PLRC-FDTD)数值方法,研究了激光等离子体对微波传输特性的影响。应用该方法计算了微波的反射和透射系数。结果表明:对于均匀等离子体,等离子体频率越大,反射系数越大,透射系数越小;反射系数几乎为0 dB的带宽随等离子体频率的增加而增加;电子碰撞频率越高,反射系数越小,透射系数越大;非均匀等离子体不利于强反射的实现。研究结果为激光等离子体隐身技术提供了理论支持。     

种子激活改性设备中射频电源的应用研究

放电电源的选用对于种子激活改性设备的研制至关重要,叙述了射频电源在等离子体种子激活改性设备中的重要性,在列举了射频电源应用的悬浮电极和屏蔽电场两项技术的基础上,重点分析了射频电源非工作区的屏蔽。射频电源将广泛应用于等离子体激活改性设备。     

H波在加载周期变化等离子体波导中的色散特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率.提出了一种加载密度周期变化等离子体圆波导的周期慢波结构,并研究了H波在该介质结构中的传播特性,根据严格的理论推导得出H波在其中传播的色散方程并进行了数值计算和分析.     

脉冲调制占空比对常压射频辉光放电段特性影响的数值模拟

射频放电段的起辉特性决定了常压脉冲调制射频辉光放电的放电特性和稳定性,通过建立常压氦气脉冲调制射频辉光放电的一维自洽流体数值模型,研究了射频放电段的放电时空演化过程,着重讨论了调制脉冲占空比对射频放电段的起辉过程和稳定放电特性的影响。当射频放电电压保持在680 V不变且占空比小于18.40%条件下,电子密度的空间分布表现为主等离子体均匀分布,射频放电段工作在起辉阶段;随着占空比的增长,射频放电段中的鞘层结构得到增强,在占空比大于18.4 0%条件下,电子密度的空间分布表现为电极两侧增强的双峰分布的情况,放电达到稳定状态。电子平均能量和电场强度的空间分布随占空比的变化规律,也揭示了射频放电段从起辉阶段到稳定放电状态的转变过程。研究结果为常压脉冲调制射频辉光放电的放电机制和稳定性控制提供了理论依据。     

波在密度周期变化等离子体圆波导中的传播特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率.该文提出了一种加载密度周期变化等离子体圆波导的周期慢波结构,即加载密度轴向正弦变化等离子体圆波导的介质周期慢波结构,并研究了电磁波在该介质结构中的传播特性,根据严格的理论推导,得出电磁波在其中传播的色散方程并进行了数值计算和分析.     

波在周期磁化等离子体中的传播特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率。文章提出了一种新型介质周期结构即正弦周期磁化等离子体介质结构,通过采用广义反射理论和介质边界条件严格推导出电磁波在其中传播时的左旋圆极化波和右旋圆极化波的色散方程并进行了数值计算和分析,从而研究了电磁波在该介质结构中的传播特性。     

空心针-板电极中较大体积的大气压均匀放电

利用空心针-板电极装置,在大气压空气中产生了直流激励的均匀氩气等离子体羽.电学和光学测量结果表明,虽然采用直流电源驱动,但放电为周期性的脉冲.每个脉冲对应一个等离子体子弹从空心针向着阴极的传播过程.对放电特性随放电电压、电极间距和氩气流量的变化关系进行了研究.发现放电频率随电压的升高而增大,随距离和氩气流量的减小而增大.以直流空心针-板电极作为放电单元构成阵列,得到了较大体积的大气压均匀放电.