交流等离子体喷束的浓度调制光谱诊断.PDFVIP

第27 卷 第2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.27, No.2 2 0 0 7 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2007 文章编号：0254-6086(2007)02-0172-05 交流等离子体喷束的浓度调制光谱诊断 孙殿平，朱 轶，刘煜炎，陈扬骎 (华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室，上海200062) 摘 要：采用浓度调制光谱技术研究了连续交流放电产生的氮等离子体喷束。当放电峰峰电压V 大于9.6kV PP 时，氮离子以脉冲形式产生，每个放电电压周期产生一次。此时监测到交流放电电流上有一反向电流尖峰，该电 流尖峰是等离子体喷束中氮离子惯性运动形成的，其强度与浓度调制光谱的强度成正比。根据浓度调制光谱的 1f /2f 检测结果，提出了一个理论模型，解释了上述现象。 关键词: 交流辉光放电；氮分子；浓度调制光谱；放电电流尖峰；等离子体诊断; 中图分类号：O539 文献标识码：A 1 引言 间，瞬态分子有很高的浓度，即尽管采用交流连续 交流等离子体放电是生成气体瞬态分子(如离 放电形式，但瞬态分子的生成浓度是脉冲式的，在 子分子、自由基分子和激发态分子等)的常用手段。 每个放电周期里产生一个浓度脉冲。为了进一步探 放电过程中瞬态分子的浓度会随交流电压幅度的 讨这个放电过程，本文采用了浓度调制光谱技术对 变化而产生调制，因此其光谱强度也被调制，通过 等离子体放电辉光光谱进行测量，通过光谱诊断结 探测器对信号的探测以及锁相放大器的解调，即可 果给出了放电过程中瞬态分子浓度的变化并解释 获得瞬态分子的光谱，这种光谱技术被称为浓度调 了放电的机理。 制光谱技术[1] ，它是研究瞬态分子光谱的重要手段 之一[2, 3] 。浓度调制光谱测量技术是对被测分子自 2 实验装置 身特性的一种调制，属于一种内调制光谱技术，因 图1 为本文设计的放电和浓度调制光谱实验装 而具有很高的光谱测量灵敏度，可以在很大程度上 置的示意图。样品气体(采用纯度为99.99%的氮气) 抑制杂散光的干扰，适合于寿命很短的瞬态分子光 通过玻璃毛细管和放电电极，喷射到不锈钢真空腔 ～ 谱的测量[4 7] ，可用于等离子体特性的光谱诊断。 内。玻璃毛细管内径为1.5mm，筒状电极密封在玻 在样品管内交流等离子体放电过程中，通常认 璃毛细管的前端，电极中心有一直径为 1mm 的小 为所生成的瞬态分子浓度正比于放电电流幅度的 孔作为束流的喷口。玻璃毛细管另一端通过微调针 绝对值。如果采用频率为f 的正弦波放电，浓度调 阀与纯氮气相连，微调阀控制氮气气压，毛细管内 制的频率应该为 2f ，锁相放大器的解调频率为 2f 气压为100Pa左右(由Edwards Pirani 1001 真空计监 时可以观测到浓度调制的光谱信号，若采用 1f 解调 测) 。采用交流放电方法，由信号发生器产生20kHz ～ 基本上无法观测到浓度调制光谱信号[4 7] 。本文将 的正弦交流电压，经功率放大器放大后接升压比为 介绍气体样品在喷束中的交流等离子体放电实验。 1: 30 的升压变压器，再连接到放电电极上