基于表面波的新型等離子體射流裝置研究.pdf

1、微波可以穿透介質(zhì)，擊穿擴(kuò)散效率高，激發(fā)得到高濃度和高活性的電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子及自由基，工作氣體在低壓和常壓下均可維持放電，不需要高壓、操作安全、環(huán)境污染小。因此，MPJ技術(shù)在等離子體引燃、薄膜沉積、材料處理和空氣凈化等方面具有重要的應(yīng)用價值。
　　本文開展了基于表面波等離子體激元(SPPs)的低功率微波等離子體射流源的研究工作。主要涉及微波等離子體的產(chǎn)生機(jī)理、仿真分析、實驗研究、參數(shù)診斷和工程應(yīng)用五個方面的內(nèi)容，具體工作如下：

2、
　　（1）矩形波導(dǎo)內(nèi)微波傳輸形成駐波，電磁波在共振點處進(jìn)行波模轉(zhuǎn)換，由TE10模轉(zhuǎn)換為TM模，在激發(fā)天線和放電腔體內(nèi)壁之間形成SPPs，產(chǎn)生局域增強(qiáng)電場，電離氣體產(chǎn)生射流。
　?。?）利用COMSOL軟件建立MPJ電離中的流體模型，對電子密度、電子溫度和電場分布進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)在500ns左右，放電進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。對螺旋天線模型進(jìn)行仿真建模，驗證了新型天線結(jié)構(gòu)在電場增強(qiáng)方面的重要作用。
　?。?）通過改變實驗運行條件，研

3、究工作氣體、氣體壓強(qiáng)、氣體流量、輸入功率和激發(fā)天線結(jié)構(gòu)對射流影響。設(shè)計了不同的激發(fā)天線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了低功率MPJ放電，最低功率在幾瓦時也可以產(chǎn)生射流；設(shè)計螺旋激發(fā)天線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了低功率運行條件下多種氣體環(huán)境的遠(yuǎn)距離可控放電。在常壓環(huán)境下調(diào)節(jié)天線位置和氣體流量，50W的輸入功率下，可以在距波導(dǎo)50cm外產(chǎn)生7.5cm長的等離子體射流，因此適用于不同應(yīng)用對象。
　　（4）采用AvaSpec-3648光纖光譜儀進(jìn)行不同氣壓下等離子體射流的