高頻誘導無極光源的發(fā)射光譜學診斷.pdf

1、論文圍繞兩個主要問題開展研究：1.射頻誘導低氣壓無極光源的等離子體放電模式特性；2.微波誘導金屬鹵化物分子的輻射機理。通過對這兩種實用高頻誘導無極光源等離子體進行發(fā)射光譜學診斷，獲得對其放電特性更深層次的物理認識。
　　 論文使用射頻信號發(fā)射器和功率放大器提供可調(diào)制的射頻功率輸出，通過電感誘導的方式激發(fā)低氣壓Hg-Ar放電和Hg-Ke放電。通過改變射頻功率或射頻頻率可觀察到等離子體存在兩種放電模式：靜電放電模式(E放電)和感應放

2、電模式(H放電)。E放電和H放電的啟動條件是頻率的函數(shù)，啟動電場強度隨頻率的升高而降低。實驗觀察到H放電的啟動電場要遠高于其維持電場，即所謂的放電模式轉變的滯后現(xiàn)象。
　　 通過啟動過程的瞬態(tài)分析可知，工作在H放電的射頻誘導無極光源啟動必須經(jīng)歷E放電階段。在E放電中，電子濃度逐漸增大，到達臨界值時實現(xiàn)E放電向H放電的轉變。啟動過程中E放電持續(xù)時間和H放電達到穩(wěn)定的時間隨電路啟動電壓的增加而減少。
　　 通過對比Kr811

3、.3nm和Hg435.8nm譜線以及Hg365.0nm和Hg546.1nm譜線的相對強度變化，借助3電子溫度電子能量概率分布函數(shù)(EEPF)模型可知：E放電向H放電轉變時，隨著電子濃度的提高，高能電子比例增加，中能電子和低能電子相對比例減少，EEPF逐漸逼近Maxwellian分布。通過對比Hg546.1nm與Hg435.8nm譜線相對強度的變化可知：在E放電中，原子亞穩(wěn)態(tài)濃度隨放電電流的增加而增加，而在H放電中趨勢則相反。E放電向H放

4、電轉變過程中，方位角方向的感應電流明顯增強，趨膚效應使得放電重新在H放電下達到平衡。實驗表明：電子能量概率分布函數(shù)的改變、通過亞穩(wěn)態(tài)的逐級電離、逐級激發(fā)和方位角方向的感應電場是射頻誘導無極光源等離子體放電模式轉變和滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因。
　　 論文使用Abel轉換和Boltzmann Plot方法確定微波誘導NaI等離子體的溫度輪廓分布。在70W微波功率下，NaI等離子體中心溫度為3609K，溫度輪廓為典型的管壁穩(wěn)定性分布。微

5、波誘導NaI光譜中鈉D線占主導地位，在300nm到600nm范圍內(nèi)可觀察到NaI分子的連續(xù)光譜，但強度遠遠低于Na原子線。Na元素與泡殼材料的強烈化學反應決定了NaI分子不能單獨的作為微波光源的填充物質(zhì)。
　　 論文使用Bartels方法診斷了不同微波能量輸入條件下，InI、InBr以及SnI2泡殼的等離子體溫度輪廓。實驗表明：隨著微波功率的上升，等離子體的溫度先整體提升，到達某一功率時，泡殼中心溫度降低而周邊溫度升高，溫度輪廓

6、變得更加平滑。在96W微波功率輸入下，1號InI泡殼等離子體中心溫度為4450K。誤差分析表明，使用Bartels方法測量InI等離子體溫度輪廓的誤差為8.4％。
　　 微波誘導InI分子的連續(xù)光譜覆蓋了整個可見光區(qū)域，光源的顯色指數(shù)超過90，相對色溫隨微波功率的升高而下降，107W微波功率下1號InI泡殼的相對色溫為6805K。維持放電區(qū)域的高溫高壓是實現(xiàn)微波光源高效光輻射的必要條件，在我們的實驗條件下InI分子輻射效率隨氣壓

7、的增大而增大。InBr和GaI分子的輻射特性與InI分子類似，而AlI3和InI3分子由于受熱離解而形成過量的碘分子，造成自由電子被吸收而使啟動變得困難。SnI2分子輻射連續(xù)光譜也覆蓋了整個可見區(qū)域，連續(xù)譜強度最大值出現(xiàn)在660nm附近，74W微波功率時等離子體中心溫度為4419K，光源相對色溫為3274K。
　　 論文使用Morse勢能曲線模擬InI分子各能級的結構，通過分子能級躍遷的選擇規(guī)律和Franck-Condon原理對