射频辉光等离子体中的参量分布研究

根据双流方程提出了描述平板电极、低压射频辉光等离子体中带电粒子输运过程的自洽数值模型.并进行了数值求解,求得了各等离子体参量的时空分布以及一些参量的时间平均值的空间分布.由这些分布可得出射频气体放电的物理图像.     

在感应电场下射频电流驱动与等离子体平衡

本文从漂移动力论准线性Ｆｏｋｋｅｒ一Ｐｌａｎｃｋ方程出发，推导出在感应电场存在下，射频波驱动等离子体电流由新经典电流ｊＮＣ、射频驱动电流ｊＲＦ、欧姆电流ｊｏｈ和附加电流ｊｌ组成，并给出了在高相速度极限下的解析式．在密度、温度分布给定下，若与波迹方程和波功率变化方程相结合，可以求出ｊｌｌＢ在极向通量表面上的平均值（ｊｌｌＢ），从而可以求解描述等离子体平衡的Ｇｒａｄ－Ｓｈａｆｒａｎｏｖ方程，获得自洽的通量以及等离子体的平衡参量．     

氩等离子体的电子能量分布函数分析

应用调谐的单探针对氩气射频辉光放电等离子体进行诊断，得到了不遵循双Maxwell分布的电子能量分布函数．经过分析后，指出等离子体振荡是产生这种结构的原因．并且观测到了氩气射频辉光放电等离子体的电子平均能量和浓度随放电气压下降而单调上升的变化．     

光学薄膜表面激光等离子体参量干涉测量原理

该文全面地讨论了径向轴对称激光等离子体的物理参量的测量原理。提出了应用马赫－曾德尔激光干涉装置测量光学薄膜表面激光等离子体折射率分布的方法。以等离子体折射率作为突破口，依据等离子体形成机制、逆轫致吸收、Ｓａｈａ方程、等离子体状态方程和Ｇｌａｄｓｔｏｎ－Ｄａｌｅ公式等，建立了一套诊断等离子体参量，包括温度、密度、压力、电离度、电子密度、吸收系数和光学厚度等的理论方法。     

等离子体辅助电子枪蒸发制备A lN薄膜及等离子体参数诊断

采用射频TCP(Transverse coup led p lasm a)等离子体辅助电子枪蒸发技术首次在室温下制备了氮化铝薄膜,用傅立叶变换红外光谱仪分析了氮化铝薄膜红外光谱的特性.利用朗缪尔静电单探针诊断了射频TCP离子束辅助电子枪蒸发镀膜装置反应室内等离子体密度的空间分布规律,并分析了气压对等离子体分布的影响.离子源口等离子体密度较大,但分布不均匀;反应室内等离子体迅速扩散,密度变小,分布趋向于均匀.     

正脉冲电晕放电的数值研究

根据等离子体的流体方程提出了脉冲电晕放电中流注形成和传播的数学模型，导出了流注空间电荷电场的普遍积分表达式，用Ｆｌｕｘ－ＣｏｒｒｅｃｔｅｄＴｒａｎｓｏｐｏｒｔ（ＦＣＴ）算法，就实验中所用的超窄脉冲电压波形对该模型进行了数值求解，得到了带电粒子密度电场和电子温度等参量沿流注发展轴线上的时空分布。     

三探针法诊断射频低压等离子体电子平均能量

研究电子能量非麦克斯威分布且存在射频干扰下，用三探针诊断低压等离子体电子 平均能量的方法．计算了三探针的理论特性曲线并求得了确定电子平均能量的表达式； 提出了估计电子能量分布特征指数的近似方法：对射频低压氮等离子体，测得了三探针 及双探针的伏安特性曲线，并由此求得了电子平均能量．理论和实验表明．在确定电子 平均能量时，考虑电子能量分布偏离麦克斯威分布的影响是十分必要的。     

正脉冲电晕放电的数值研究

根据等离子体的流体方程提出了脉冲电晕放电中流注形成和传播的数学模型，导出了流注空间电荷电场的普遍积分表达式．用Ｆｌｕｘ－ＣｏｒｒｅｃｔｅｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ（ＦＣＴ）算法，就实验中所用的超窄脉冲电压波形对该模型进行了数值求解，得到了带电粒子密度、电场和电子温度等参量沿流注发展轴线上的时空分布     

等离子体径向压力分布对射频波功率吸收影响

为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频天线激发出的射频波功率吸收情况。运用Helic程序对应每个轴向波数kz求解管内电磁场相关的4个径向耦合微分方程,得到能量吸收、波电磁场和电流密度沿不同方向分布情况。通过分析不同压力构型对螺旋波等离子体内能量沉积、波电磁场和电流密度的影响,结果发现:正压力梯度下,射频波透入等离子体径向距离增加,但功率沉积减少,波磁场强度沿各向分量均有所增大。压力梯度的存在使得波电场和电流密度在管壁附近显著增大。     

射频击穿场强与CO_2激光器等效放电电阻的计算

根据气体放电理论，从高频下粒子平衡方程着手，导出气体放电击穿场强的表达式，并将放电等离子体模拟为具有电阻和电感的射频负载，从而导出放电等离子体等效电阻的表达式，以此计算出气体放电击穿场强和等效电阻的数值。     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

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。     

电感耦合高频放电等离子体的产生机理及其物理图象

本通过对电感耦合高频放电管中电磁场分布的数学椎导．阐明了高频放电等离子体的产生机理,并给出放电管中等离子体的物理图象和有关特征参量。     

射频感应耦合等离子体调谐基片自偏压特性的进一步研究

在已有的调谐基片自偏压研究的基础上,进一步研究了基片台空间轴向位置对基片自偏压-调谐电容曲线的影响;研究了基片分支串联电阻对基片自偏压的影响,发现了在电阻值区自偏压自振荡现象;在不同的放电参数下,采用自制诊断工具测量了射频感应耦合等离子体电子温度、电子密度等参量的空间分布.并对基片自偏压相应的实验现象给出了物理模型解释.     

射频负偏压等离子体鞘层流体动力学模拟

采用流体动力学方法建立了一种自洽的无碰撞射频直流偏压等离子体鞘层动力学模型.模型中考虑了极板直流负偏压对离子运动的影响,模拟了在不同偏压条件下射频等离子体鞘层内各参量的时空演化特性.在该模型中,认为鞘层厚度是与时间有关的函数,并采用等效电路模型建立了鞘层瞬时厚度与鞘层电位降的关系.模拟结果表明,极板上电势呈非正弦周期性变化;鞘层厚度变化与极板电势变化周期相同,趋势相反,且略滞后于射频周期.     

离子束—等离子体中电磁波的受激BriLLouin背散射

本文研究离子束-等离子体系统中传播的电磁波的受激Brillouin背向散射。我们导出该系统中的参量过程的色散关系,得到不稳定性增长率公式和激发参量不稳定性所需的泵波功率阈值表达式。最后,给出增长率和阈值功率随束速度及束密度变化的数值计算。数值结果表明,束的存在对该参量激发过程有显著影响。     

大气压级联辉光放电中射频放电对脉冲放电的影响

针对脉冲放电的起辉过程会影响脉冲介质阻挡放电效率的问题,在脉冲放电前引入脉冲调制射频放电组成级联放电.建立大气压氦气级联辉光放电的二维自洽流体数值模型,研究调制射频放电对脉冲放电特性的影响.深入探讨放电极板间隙中调制射频放电段结束后剩余的等离子体粒子的空间分布及时空演化过程.分析电子密度、离子密度和电场强度随时间与空间...     

大气压介质阻挡放电同步辅助射频辉光放电研究

采用在大气压脉冲调制射频(radio frequency,RF)辉光放电段之间同步引入介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体射流的放电技术,通过电压和电流曲线以及放电的时空分布的时间演化过程,表征脉冲调制射频辉光放电和介质阻挡放电等离子体射流的放电特性及其动力学过程。试验研究发现,引入介质阻挡放电能有效辅助射频放电的起辉过程以及降低射频放电的击穿电压(从2.36kV降至1.53kV),这是由于介质阻挡放电等离子体射流在射频放电区域中注入了等离子体子弹,这一点可以由放电图像强度和放电空间结构的时间演变看出。     

探针电流调制法在射频低压等离子体诊断中的应用

应用探针电流调制法设计的三探针用于诊断无内电极放电的射频低压等离子体中的电子能量分布函数。测量了氮气等离子体在压强为０．１３～１３Ｐａ时的电子能量分布函数。由此得到的电子平均能量，与由探针Ｖ－Ｉ特性计算得到的电子平均能量相差不超过５％，证明了本测量系统的可靠性。     

径向温度和压强分布对螺旋波等离子体能量分布和场型的影响

针对射频波加热等离子体的稳态过程,考虑等离子体径向密度呈抛物线分布和高斯分布,分析讨论了径向压强和温度分布对两种密度分布的螺旋波等离子体内功率沉积以及电场和电流密度的分布影响.考虑正梯度、负梯度和零梯度三种梯度模型.通过研究表明:正温度梯度更有利于等离子体中心处的功率的吸收;正压强梯度增大了等离子体边缘处感应电场,减小了中心处电流密度,并减弱了边缘处功率沉积,波能量耦合深度加深,更有利于中心处功率的耦合吸收;等离子体径向密度为高斯分布时,等离子体边缘处电场强度较高,电流密度较小,射频波在边缘处沉积能量较少且变化不大,进而造成波能量的耦合深度大大增加;等离子体径向密度为抛物线分布时,等离子体中心处和边缘处功率沉积较大,其中边缘处附近功率沉积尤为突出且明显高于高斯分布时的.三种温度和压强分布对两种密度结构的等离子体中电场强度与电流密度分布与变化趋势影响基本相似,由此证明m=1模式的稳定性.