表面波等离子体天线的能量衰减系数研究

根据功率平衡原理,得到了表面波等离子体天线中等离子体柱长度、等离子体密度与馈入功率的关系,导出了表面波等离子体天线中能量衰减系数沿轴向分布.实验测得充气压强为0.5Pa,6Pa和40Pa时等离子体柱长度、馈入功率和等离子体密度,得到能量衰减系数的实验值.结果表明,等离子体柱上z点的能量衰减系数为该点到等离子体柱顶端距离的倒数,实验所测结果与理论符合得很好.该结论对研究表面波等离子体天线的激励和维持十分重要.     

潘宁气体真空等离子体天线的基本特性研究

根据潘宁气体放电的物理特性,定性分析了等离子体天线中氦氩潘宁气体放电的特性,实验测量了充满氦氩潘宁气体的等离子体天线与充满纯氦或纯氩等离子体天线的等离子体长度、等离子体密度,得出等离子体天线中充入氦氩潘宁气体时,在同等条件下能使等离子体天线的有效长度更长,等离子体密度更高。等离子体密度对天线的辐射效率和隐身性能影响很大,因此研究氦氩潘宁效应存在时表面波等离子体柱的等离子体长度与所加射频功率的关系和等离子体密度沿天线的分布对于提高天线的辐射效率和隐身性能至关重要。     

大面积平面表面波等离子体的研究

低温等离子体技术已被广泛应用于各高科技领域 ,并且应用范围仍然在迅速拓展 ,这对等离子体本身提出了更高的要求 ,平面大面积、高密度均匀等离子体源是目前最迫切的需求之一。作者主要介绍表面波激发等离子体的原理 ,并在自行研制的一套平面大面积表面波等离子体源上 ,利用静电双探针测量了其Ar气放电的角向、径向和轴向的电子密度和温度。发现角向电子密度和温度均匀性与耦合天线及气压密切相关而与入射功率无关 ;径向电子密度和温度均匀性则与入射微波功率及气压密切相关而与耦合天线无关。因此 ,通过优化耦合天线来获得径向参数的均匀性及微波耦合效率 ,并增大微波功率、选择适当的气压 ,可产生大面积平面高密度等离子体     

He-Ar潘宁过程对表面波等离子体柱功率的影响

由单极驱动的表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种低气压、高密度等离子体,这种技术非常适用于等离子体天线等领域.本文介绍了一种简易实用的SWP源,研究了He-Ar组成的潘宁气体对于表面波等离子体柱的放电起始功率及维持功率的影响.测试了不同潘宁气体配比时的等离子体密度和等离子体温度.研究结果表明,应用合适配比的潘宁气体对于等离子体特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,提高等离子体密度,等离子体温度略降低.     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气压为10～28000Pa时,环形倾斜裂缝天线等离子体源的放电特性.实验表明,该源在气压为10～2600Pa范围内是大体积表面波放电,并且在气压为10和230Pa时清楚地观察到裂缝天线附近石英管内的等离子体有较明显的8个瓣和12个瓣(表面波模式可确定为m=4和m=6);当气压升高到4000～6000Pa时,在石英管的底端和不锈钢真空室交界处激励起直径约为12cm的高密度等离子体椭球(1011cm-3量级);在气压为11000～14000Pa时,发现等离子体有明显的涡动现象;而当气压上升到20000Pa以上,等离子体有丝状结构出现.     

宽气压范围内裂缝天线等离子体特性研究

给出了气为10－28000Pa,环形倾斜裂缝天线等离子体源的放电特性,实验表明,该源在气压为10－2600Pa范围内是大体积表面波放电,并且在气压为10和230Pa时清楚地观察到裂缝天线附近石英管内的等离子体有较明显的8个瓣和12个瓣（表面波模式可确定为m=4,和m=6）,当气压升高到4000－6000Pa时,在石英管的底端和不锈钢真空室交界处激励起直径约为12cm的高密度等离子体椭球（10^11cm^-3量级）,在气压为11000－14000Pa时,发现等离子体有明显的涡动现象,而当气压上升到20000Pa以上,等离子体有丝状结构出现。     

交叉型天线感应耦合等离子体源放电特性及均匀性

本文介绍了一种交叉型天线射频感应耦合等离子体源,射频天线穿过交叉排列的石英管内置于真空腔体中.本文运用朗谬尔探针方法诊断了放电等离子体的参量及其均匀性,运用发射光谱技术进行了Af谱线[4s'(1/2)0-4p'(1/2)]的发光强度的表征,并使用自制的Rogowski线圈测量了天线中的射频电流变化.结果表明,等离子体放电随着射频输入功率的增加存在着E模式向H模式的转变,H模式放电时发光强度及射频电流明显增大.电子温度随气压的增大而降低,几乎不受功率的影响.该等离子体源所产生的等离子体密度较高,等离子体均匀性在中心±60mm区域内优于90%.     

激励功率对表面波等离子体天线应用影响

用于产生等离子体的表面波激励功率会影响到等离子体天线的实际应用。针对这一问题,本文在搭建表面波等离子体天线实验系统的基础上,通过实验分别研究了表面波激励功率对等离子体天线噪声电平的影响以及激励功率自身的辐射特性。结果表明,等离子体天线的噪声电平会随着激励功率的增大而提高。此外,表面波等离子体天线工作时激励功率会存在较大的辐射,因而会对附近区域内的电子设备构成一定的干扰,并且激励功率越大,天线附近的辐射场越强,形成的干扰也越大。所得的结论对于表面波等离子体天线的应用具有参考价值。     

等离子体天线中波的色散关系的研究

本文研究了同轴对称表面波沿等离子体柱轴向传播的色散关系,由此得到的波矢说明了当频率小于等离子体频率时,电磁波沿等离子体柱的传播类似于电磁波沿金属介质交界面上的传播,传播速度接近于光速.因此可以使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子.     

He—Ar潘宁过程对表面波等离子体的影响

潘宁过程可以有效地降低直流、低频放电中的放电起始电压.关于射频放电,特别是表面波等离子体中的潘宁过程的研究,目前还很少有报道.本文介绍了一种由Ro-box装置激发的SWP源,通过实验方式研究了此装置产生的表面波等离子体柱中的He-Ar潘宁过程对其物理性质的影响.结果表明,合适配比的潘宁气体对于表面波等离子体柱特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,延长等离子体柱长度,提高等离子体密度等;在此过程中电子温度略降低.本研究为在表面波等离子体应用中获取合适的等离子体参量提供了新的途径.