高頻誘導(dǎo)無(wú)極光源的發(fā)射光譜學(xué)診斷.pdf

1、論文圍繞兩個(gè)主要問(wèn)題開展研究：1.射頻誘導(dǎo)低氣壓無(wú)極光源的等離子體放電模式特性；2.微波誘導(dǎo)金屬鹵化物分子的輻射機(jī)理。通過(guò)對(duì)這兩種實(shí)用高頻誘導(dǎo)無(wú)極光源等離子體進(jìn)行發(fā)射光譜學(xué)診斷，獲得對(duì)其放電特性更深層次的物理認(rèn)識(shí)。
　　 論文使用射頻信號(hào)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(guò)電感誘導(dǎo)的方式激發(fā)低氣壓Hg-Ar放電和Hg-Ke放電。通過(guò)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(yīng)放

2、電模式(H放電)。E放電和H放電的啟動(dòng)條件是頻率的函數(shù)，啟動(dòng)電場(chǎng)強(qiáng)度隨頻率的升高而降低。實(shí)驗(yàn)觀察到H放電的啟動(dòng)電場(chǎng)要遠(yuǎn)高于其維持電場(chǎng)，即所謂的放電模式轉(zhuǎn)變的滯后現(xiàn)象。
　　 通過(guò)啟動(dòng)過(guò)程的瞬態(tài)分析可知，工作在H放電的射頻誘導(dǎo)無(wú)極光源啟動(dòng)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(dá)臨界值時(shí)實(shí)現(xiàn)E放電向H放電的轉(zhuǎn)變。啟動(dòng)過(guò)程中E放電持續(xù)時(shí)間和H放電達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間隨電路啟動(dòng)電壓的增加而減少。
　　 通過(guò)對(duì)比Kr811

3、.3nm和Hg435.8nm譜線以及Hg365.0nm和Hg546.1nm譜線的相對(duì)強(qiáng)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(zhuǎn)變時(shí)，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(duì)比例減少，EEPF逐漸逼近Maxwellian分布。通過(guò)對(duì)比Hg546.1nm與Hg435.8nm譜線相對(duì)強(qiáng)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(shì)則相反。E放電向H放

4、電轉(zhuǎn)變過(guò)程中，方位角方向的感應(yīng)電流明顯增強(qiáng)，趨膚效應(yīng)使得放電重新在H放電下達(dá)到平衡。實(shí)驗(yàn)表明：電子能量概率分布函數(shù)的改變、通過(guò)亞穩(wěn)態(tài)的逐級(jí)電離、逐級(jí)激發(fā)和方位角方向的感應(yīng)電場(chǎng)是射頻誘導(dǎo)無(wú)極光源等離子體放電模式轉(zhuǎn)變和滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因。
　　 論文使用Abel轉(zhuǎn)換和Boltzmann Plot方法確定微波誘導(dǎo)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(dǎo)NaI光譜中鈉D線占主導(dǎo)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(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Na原子線。Na元素與泡殼材料的強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)決定了NaI分子不能單獨(dú)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(shí)驗(yàn)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(dá)某一功率時(shí)，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(hào)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(cè)量InI等離子體溫度輪廓的誤差為8.4％。
　　 微波誘導(dǎo)InI分子的連續(xù)光譜覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域，光源的顯色指數(shù)超過(guò)90，相對(duì)色溫隨微波功率的升高而下降，107W微波功率下1號(hào)InI泡殼的相對(duì)色溫為6805K。維持放電區(qū)域的高溫高壓是實(shí)現(xiàn)微波光源高效光輻射的必要條件，在我們的實(shí)驗(yàn)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(guò)量的碘分子，造成自由電子被吸收而使啟動(dòng)變得困難。SnI2分子輻射連續(xù)光譜也覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)區(qū)域，連續(xù)譜強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在660nm附近，74W微波功率時(shí)等離子體中心溫度為4419K，光源相對(duì)色溫為3274K。
　　 論文使用Morse勢(shì)能曲線模擬InI分子各能級(jí)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)分子能級(jí)躍遷的選擇規(guī)律和Franck-Condon原理對(duì)