介质阻挡放电等离子体中OH 自由基的光腔衰荡光谱原位诊断.PDF

第 28 卷 第 2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.28, No.2 2 0 0 8 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2008 文章编号：0254−6086(2008)02−0167−05 介质阻挡放电等离子体中 OH 自由基的 光腔衰荡光谱原位诊断 1 1 1 1, 2 1, 2 1, 2 刘忠伟 ，赵国利 ，王 健 ，朱爱民 ，杨学锋 ，徐 勇 (1.大连理工大学等离子体物理化学实验室，大连 116024; 2. 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，大连 116024) −9 −1 摘 要：研制了一套等效噪声吸收可达 3×10 cm 的连续波光腔衰荡光谱装置。用该装置对介质阻挡放电等 离子体中的 OH 自由基和水进行了原位定量测量，考察了 OH 自由基数密度随气压和放电电压以及放电频率的变 3Pa 范围内，随着气压增加，OH 自由基数密度在气压较低时增加；而 化情况。实验结果表明，在(2.13~22.0)×10 在较高气压时由于 H2O 的解离吸附作用使得体系中电子密度减小，OH 自由基数密度随之减小。随放电电压和放 电频率增加介质阻挡放电等离子体中电子密度和电子能量增加而导致 OH 数密度增加。 关键词：光腔衰荡光谱；红外光谱；OH ；介质阻挡放电 中图分类号：O433.5+ 1 文献标识码：A 1 引言 [3~8] ，且研究的多为脉冲光腔衰荡光谱或腔增强光 光腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种超高灵敏探 谱。我们研制成功了 cw-CRDS 装置，并且利用该 测的直接吸收光谱技术，该技术起源于上世纪八十 装置首次对介质阻挡放电等离子体中的 OH 自由基 年代。 1988 年，O’keefe 和 Deacon[1]将一束脉冲激 进行了原位定量诊断研究。 光注入光学谐振腔，测量其光强衰减时间，进而计 算腔的损耗，首次提出可用这种方法检测腔内物质 2 实验原理 的吸收，标志着光腔衰荡光谱技术的正式诞生。 下面简单介绍一下脉冲 CRDS 的基本原理，详 1997 年，Romanini 等[2]首次采用连续光作为光源， 细的报道见文献[1]。当一束脉冲激光注入由两片高 得到了高灵敏度的光腔衰荡光谱。连续波光腔衰荡 反镜(反射率分别为 R 1、R2 且一般都大于 99.9 ％)组 光谱 (cw-CRDS)与脉冲光腔衰荡光谱(p-CRDS)相 成的谐振腔后，腔内光强衰减符合下式： t 比，具有更高的光谱分辨率和检测灵敏度。与传统 I I e−τ (1) t 0 吸收光谱相比，CRDS 具有两大优势：一是它由探