高氣壓輝光放電理論與實驗.pdf

1、高氣壓輝光放電有許多應(yīng)用領(lǐng)域，譬如：表面處理、薄膜沉積、污染氣體的消毒、平板等離子體顯示、紫外準(zhǔn)分子燈和氣體激光器等，近年來它的應(yīng)用得到高速發(fā)展。 本文主要對微空心陰極放電、平板陰極微空心陽極放電、平板陰極微空心陽極放電維持的輝光放電等幾種新穎的高氣壓輝光放電進行了系統(tǒng)的研究，并對它們的應(yīng)用進行了初步研究。 微空心陰極放電作為一種高氣壓輝光放電，有許多優(yōu)良的性質(zhì)?；谖⒖招年帢O放電結(jié)構(gòu)，給出了平板陰極微空心陽極放電，它也

2、是一種高氣壓輝光放電。基于微空心陰極放電維持的輝光放電結(jié)構(gòu)，提出了平板陰極微空心陽極放電維持的輝光放電，它也是一種高氣壓輝光放電。建立了微空心陰極放電和“平板陰極微空心陽極放電維持的輝光放電”的自洽流體模型。利用該模型計算了平均電子能量分布函數(shù)、電子密度、平均電子能量(電子溫度)、激發(fā)率、電離率等。結(jié)果顯示：電子能量分布函數(shù)(EEDF)為非麥克斯韋分布，有一個高能電子尾巴，隨著氣壓的升高，分布的峰值向右移，高能電子數(shù)目增加。微空心陰極放

3、電中單位體積的激發(fā)率、電離率隨著氣壓立方的增加而增加，電子密度則隨著氣壓平方的增加而增加。在平板陰極微空陽極放電維持的輝光放電中，當(dāng)電流與氣壓恒定時，隨著第三電極電壓的升高，電子能量分布的峰值右移，放電趨向高能化，但都會達到一個飽和值。它的電子空間分布形狀與后面的實驗結(jié)果比較好地相符，而且隨著氣壓的升高電子空間分布收縮。 為了滿足高氣壓放電實驗的需要，研制了一個小型高電壓軟開關(guān)直流電源。設(shè)計了可靠的控制與調(diào)制電路，實現(xiàn)了高氣壓輝

4、光放電工作方式的多樣化。電源工作在諧振狀態(tài)，實現(xiàn)了零損耗開通與關(guān)斷。電源結(jié)構(gòu)簡單、工作方式靈活、調(diào)節(jié)方便。 對“平板陰極微空心陽極放電”和“平板陰極微空心陽極放電維持的輝光放電”進行了詳細的實驗研究。實驗得到的光學(xué)特性與光譜特性表明放電存在強烈的電離，產(chǎn)生強烈的準(zhǔn)分子輻射。而且它們的伏-安特性具有正的微分電阻系數(shù)，能夠很方面地構(gòu)成大的放電陣列，而不用分立鎮(zhèn)流電阻和放電隔離。為了更好地弄清和理解這種高氣壓輝光放電等離子體的參數(shù)特性

5、，利用光譜診斷法對放電等離子體進行了診斷。這種結(jié)構(gòu)特別有利于準(zhǔn)分子輻射的形成，實驗結(jié)果表明：它們具有制作直流準(zhǔn)分子激光器的潛能。為此設(shè)計了一種新穎的激光器的放電結(jié)構(gòu)，在高氣壓條件下，研究了它的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，得出一些有益的結(jié)論：放電等離子體有極高的功率密度和電子密度，電子密度在1013cm-3 數(shù)量級，這種結(jié)構(gòu)特別有利于增加氣體的電離率。實驗結(jié)果表明基于這種放電結(jié)構(gòu)的微型激光器是可行的。 為了更好地設(shè)計高氣壓放電激光器的諧振

6、腔結(jié)構(gòu)，提出了一種新穎的模擬光腔模式及光束傳輸?shù)奶卣飨蛄糠āＴ摲椒ǖ膬?yōu)點是：計算與初始光場分布無關(guān)，能夠一次計算出諧振腔中所有可能存在的光場，諧振腔的鑒別能力能夠很容易估計出來等。利用該方法對典型空腔和有源腔的光場模式進行了模擬計算，計算結(jié)果與其它方法的計算結(jié)果很好地相符，利用該方法能夠優(yōu)化激光器諧振腔的設(shè)計。 本文最后對高氣壓輝光放電在平板等離子體顯示、薄膜沉積、高氣壓氣體加工等方面的應(yīng)用進行了初步研究，顯示出了優(yōu)良的性能，高