激光诱导铝合金E414d等离子体电子温度的空间分布

 采用调Q Nd:YAG脉冲激光诱导铝合金E414d,研究了等离子体的谱线强度、电子温度和电子密度。建立Al (Ⅰ) 256.80 nm、Al (Ⅰ) 308.21 nm和Al (Ⅰ) 396.15 nm的波耳兹曼平面,实验发现距靶面高度1.5 mm处等离子体的电子温度最高。罗仑兹函数拟合Mg (Ⅰ) 285.21 nm得到等离子体的电子密度是1.9×10₁₈ cm_-3,远大于局域热力学平衡所需的电子密度值9.8×10₁₅ cm_-3,证明实验得到的等离子体满足局部热力学平衡。     

空气放电非平衡等离子体的模拟计算

 基于空气放电非平衡等离子体动力学,对空气放电进行了数值计算,分析了放电后等离子体中的主要粒子（N₂(v6),N₂(A3),O₂(a1),O和O₃）数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明,随着初始温度的升高,空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时,放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×⁷ cm^-3,而当温度升高到400 K和500 K时,O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×10¹⁰ cm^-3和5.51×10¹⁰ cm^-3。约化场强的影响与温度类似,其中氮气的振动激发态N₂(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加,粒子数密度大幅增加,氮分子的激发态N₂(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。     

氧含量对BiFeOδ多晶陶瓷介电特性的影响

采用固相反应法制备了不同含氧量的BiFeO_δ多晶陶瓷样品，利用HP4294A阻抗分析仪测量了样品的介电特性随频率和氧含量的变化，用正电子湮没寿命谱学的方法研究了样品中因氧含量的变化所引起的结构缺陷. 实验结果表明：引入氧空位和氧填隙离子缺陷都会使介电常数减小，而介电损耗则随氧含量的增加而增加，二者的变化范围均在10%—35%之间；对不同氧含量的BiFeO_δ样品，介电常数和介电损耗随测量频率的增加而减小. 氧空位的引入使得局域电子密度变小，正电子平均寿命τ_m增加. 在氧含量δ=2.99时电子密度最大(n_e=3.90×10²³/cm³)，继续增加氧含量对正电子寿命与局域电子密度的影响不大. BiFeO_δ样品的介电常数和介电损耗随氧含量的变化可以在空间电荷限制电导的框架下来理解.     

用离焦4f差分干涉仪测量等离子体壳层电子密度

 将环型横向剪切干涉仪置于两个镜头之间,由此设计出一种新型的离焦4f差分干涉仪,该干涉仪同时具有分离光路的剪切量和条纹空间频率分别可调的优点以及共光路结构的稳定性和易于调节的优点,使得在测量大密度梯度等离子体的密度分布时,可以在不降低空间分辨率的条件下仍保证干涉条纹可读。在DPF装置上进行了实验,获得了等离子体壳层的干涉图样,计算了等离子体的径向电子密度分布,在内电极端面上方测量到的最高电子密度约为1.2×10¹⁹ cm^-3,外围等离子体壳层的电子密度约为2×10¹⁸ cm^-3。     

等离子体屏蔽和稀疏波对冲量耦合系数的影响

 利用脉冲Nd:YAG激光作用在铝、铜靶上，研究了不同入射激光能量下冲量耦合系数和离焦量之间的关系，以及不同功率密度情况下冲量耦合系数和光斑直径的关系。实验表明铝靶在入射激光脉冲能量由75.8 mJ增加到382.3 mJ时，冲量耦合系数峰值对应的最佳离焦量由－10 mm处远离焦点向透镜方向移到－18 mm，而对应的激光功率密度仅由2.0×10⁹ W/cm²增加到3.9×10⁹ W/cm²；铜靶实验规律和铝靶类似。等离子体屏蔽的吸收作用导致了冲量耦合系数达到最大值后迅速降低。铝靶在入射激光功率密度由0.7×10⁹ W/cm²增大到1.0×10¹⁰W/cm²时，冲量耦合系数随光斑直径增大而增大，对应变化斜率由5.2×10^-5N·s/（mm·J）增大到49.2×10^-5N·s/（mm·J），表明了稀疏波对冲量耦合系数的削弱作用随入射激光功率密度增加而增加，随光斑直径增大而减小。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps，波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法，实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明，当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时，阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²；I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p     

LiNbO3和LiTaO3晶体Er3+/Yb3+掺杂水热外延层室温吸收光谱分析

本文引入与浓度和厚度有关的k_NL待定参数, 在J-O理论基础上, 对Er³⁺/Yb³⁺掺杂的LiNbO₃和LiTaO₃单晶衬底上 的多晶水热外延样品进行了基于吸收光谱的拟合计算. LiNbO₃:Ω₂=2.34× 10^-20 cm², Ω₄=0.77× 10^-20 cm², Ω₆=0.31×10^-20 cm², k_NL=4.32× 10^-2 mol·m^-2. LiTaO₃:Ω₂=1.68×10^-20 cm², Ω₄=0.84×10^-20 cm², Ω₆=0.45×10^-20 cm², k_NL=9.17×10^-3 mol· m^-2. 该方法可尝试推广到粉体或胶体等难以直接获得浓度和厚度数据的体系. 经上转换发光测试及光谱参数计分析认为Er³⁺/Yb³⁺离子的掺杂浓度比为1:1的情况下, 样品呈现绿色上转换发光光谱; 可尝试以降低基质声子能量的方法提高⁴I_13/2能级 对²H_11/2和⁴S_3/2能级的量子剪裁效率.     

电子回旋共振离子源等离子体的密度测量

 诊断电子回旋共振离子源等离子体的传统方法是采用传统的单探针无发射时测量伏安曲线,并根据曲线的拐点由理论公式计算出的等离子体密度。本文设计并研制了等离子体密度的测量装置。采用单根朗缪尔探针（该探针可以用来发射电子）测量等离子体的伏安特性。在探针有发射和无发射两种状态下测量得到两条伏安曲线,根据这两条曲线的"分叉点"得到等离子体电位,然后根据该电位直接由计算机计算出电子温度、电子密度。采用该新方法,测量得到的等离子体参量空间电位约为17 V,悬浮电位约为-5 V,电子温度约为4.4 eV,离子密度为1.10×10¹¹cm^-3,与传统方法计算出的等离子体1.12×10¹¹cm^-3相比,两者相差仅1.8％,但新方法效率和精度更高。     

宽带腔增强吸收光谱技术应用于痕量气体探测及气溶胶消光系数测量

基于氙灯的非相干宽带腔增强吸收光谱系统, 并将其应用于痕量气体及气溶胶消光系数的测量. 该系统的探测灵敏度通过测量NO₂在520—560 nm波长范围内的吸收得到验证, 最小可探测灵敏度为1.8× 10^-7cm^-1 (1σ, 0.12 s积分时间, 50次平均), 对应的NO₂探测极限～33 nmol/mol. 结合标准气溶胶粒子发生系统, 测量了不同浓度的单分散硫酸铵气溶胶粒子在532 nm波长处的消光系数, 得到粒径为600 nm的硫酸铵气溶胶的消光截面为1.12× 10^-8cm², 与文献报道值1.167× 10^-8cm²相一致, 验证了气溶胶测量的可行性和准确性.     

Si离子注入和H等离子体处理对单晶Si中空腔生长的影响研究

室温下首先采用160keVHe离子注入单晶Si样品到剂量5×10¹⁶ions/cm²,部分样品再接受80keVSi离子辐照到较高的剂量5×10¹⁵ions/cm²或接受高密度H等离子体处理.应用透射电镜观测分析了800℃高温退火引起的空腔的形成形貌.结果表明,附加Si离子辐照或H等离子体处理会影响Si中空腔的生长.就Si离子附加辐照而言,由于辐照引入富余的间隙子型缺陷,因此,它会抑制空腔的生长,而高密度H等离子体处理则有助于空腔的生长.定性地讨论了实验结果.     

Microwave power coupling with electron cyclotron resonance plasma using Langmuir probe

Electron cyclotron resonance (ECR) plasma was produced at 2.45 GHz using 200–750 W microwave power. The plasma was produced from argon gas at a pressure of 2 × 10^???4 mbar. Three water-cooled solenoid coils were used to satisfy the ECR resonant conditions inside the plasma chamber. The basic parameters of plasma, such as electron density, electron temperature, floating potential, and plasma potential, were evaluated using the current–voltage curve using a Langmuir probe. The effect of microwave power coupling to the plasma was studied by varying the microwave power. It was observed that the optimum coupling to the plasma was obtained for ~ 600 W microwave power with an average electron density of ~ 6 × 10¹¹ cm^???3 and average electron temperature of ~ 9 eV.     

Changes of the electron dynamics in hydrogen inductively coupled plasma

Changes of the electron dynamics in hydrogen （H2） radio-frequency （RF） inductively coupled plasmas are investigated using a hairpin probe and an intensified charged coupled device （ICCD）. The electron density, plasma emission intensity, and input current （voltage） are measured during the E to H mode transitions at different pressures. It is found that the electron density, plasma emission intensity, and input current jump up discontinuously, and the input voltage jumps down at the E to H mode transition points. And the threshold power of the E to H mode transition decreases with the increase of the pressure. Moreover, space and phase resolved optical emission spectroscopic measurements reveal that, in the E mode, the RF dynamics is characterized by one dominant excitation per RF cycle, while in the H mode, there are two excitation maxima within one cycle.     

Mode transition in magnetic pole enhanced inductively coupled argon plasmas

The electrical probe (Langmuir probe) diagnostics of different plasma parameters and operation regimes (E/H modes) of magnetic pole enhanced, inductively coupled (MaPE-ICP) argon plasmas are investigated. It is shown that uniform, high density (n _e ∼ 10¹² cm^-3) and low electron temperature (T _e ∼ 1.5 eV) plasma can be produced in low pressure argon discharges at a low power (100 W). It is found that an MaPE-ICP reactor operates in two different modes; capacitive (E mode) and inductive (H mode). No density jump or hysteresis are reported between these modes. The effect of pressure on transition power, where the mode changes from E to H mode at 20 sccm gas flow rate are studied and it is found that for all pressures tested (∼7.5 mTorr to 75 mTorr) the transition power remains same. In the inductive mode, the above plasma parameters show a smooth variation with increasing filling gas pressure at fixed power. The intensity of the emission line at 750.4 nm due to 2p ₁ → 1s ₂ (Paschen’s notation) transition, closely follows the variation of n _e with RF power and filling gas pressure. Measured electron energy probability function (EEPF) shows that electron occupation mostly changes in the high-energy tail, which enlightens close similarity of the 750.4 nm argon line to electron number density (n _e ). The behaviour of the electron energy probability function (EEPF) with regard to pressure and RF power in two operational modes is presented.     

局域环境中微波等离子体电子密度诊断实验研究

为了研究局域真空环境中微波等离子体喷流电子数密度的分布规律及其影响因素,利用发射/郎缪尔探针测量等离子体的空间电位,再测量等离子体的电流-电压特性曲线,根据空间电位测量结果,在等离子体的电流-电压特性曲线上能准确地获取饱和电流,从而处理出电子数密度.最后的诊断实验表明：在有约束边界条件下,微波等离子体发生器以60 W以下的微波功率击穿流量范围是21—105 mg/s的氩气时,所产生的喷流中电子数密度分布在8.8×10¹⁴—7.53×10¹⁶/m^{3关键词： 等离子体诊断技术 等离子体基本过程 等离子体基本特性}     

约化场强对氮-氧混合气放电等离子体演化特性的影响

采用零维等离子体动力学模型,计算了不同约化场强条件下N₂/O₂放电等离子体的演化特性.结果表明,平均电子能量与约化场强有着近似的线性关系,在约化场强为100 Td时,平均电子能量约为2.6 eV、最大电子能量达35 eV;约化场强是影响电子能量函数分布的主要因素.气体放电过程结束后,振动激发态氮分子的粒子数浓度不再变化,电子激发态的氮分子、原子和氧原子的粒子数浓度达到一峰值后开始降低;放电结束后的氧原子通过复合反应生成臭氧.约化场强升高,由于低能电子减少的影响,振动激发态氮分子的粒子数浓度降低,当约化场强由50 Td增加75 Td,100 Td时,粒子数浓度由3.83×10¹¹ cm^-3降至1.98×10¹¹ cm^-3和1.77×10¹¹ cm^-3,其他粒子浓度则相应增大. 关键词： 等离子体 约化场强 粒子演化 数值模拟     

大气压等离子体炬电子密度的光谱诊断

利用空心针-板放电装置产生了大气压等离子体炬,采用光谱法测量了其内部及表面的电子密度. 向空心针中通入氩气,在大气环境中产生了长度为1cm的等离子体炬.实验分别测量了Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线,通过反卷积方法分离出其相应的Stark展宽,并由此计算了电子密度.结果发现,采用Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线Stark展宽计算得到的等离子体的电子密度分别为1.0×10¹⁵cm^－3和3.78×10^{15关键词： 等离子体炬 电子密度 气体温度 Stark展宽}     

MW-ECR PE-UMS等离子体特性及对Zr-N薄膜结构性能的影响

采用静电探针技术对微波电子回旋共振(MW-ECR) 等离子体进行了诊断,利用等离子体增强 非平衡磁控溅射(PE-UMS)法在常温下制备了Zr-N薄膜, 通过EPMA，XRD，显微硬度对膜的 结构和性能进行评价.实验结果表明，随氮气流量增加，总的等离子体密度从807×10⁹c m^-3增加到831×10⁹cm^-3然后逐渐减小为752×10 ⁹cm^-3；而N₂⁺密度则从312×10^{8< /sup>cm-3线性递增到335×109cm-3；电子温度变化 不大.对薄膜而言，随N₂+密度增大，样品中氮含量增加，而晶粒逐 渐变小，当样品中N/ Zr原子比达到14时，薄膜中出现亚稳态的Zr₃N₄相以及非晶相， 在更高氮流量下，整 个薄膜转变为非晶态.与此相应，薄膜硬度由最初的225GPa增大到2678GPa 然后逐渐减 小到1982GPa. 关键词： 氮化锆薄膜 ECR等离子体 磁控溅射 诊断}     

Radiative transition of hydrogen-like ions in quantum plasma

At fusion plasma electron temperature and number density regimes of 1?×?10³–1?×?10⁷?K and 1?×?10²⁸–1?×?10³¹/m³, respectively, the excited states and radiative transition of hydrogen-like ions in fusion plasmas are studied. The results show that quantum plasma model is more suitable to describe the fusion plasma than the Debye screening model. Relativistic correction to bound-state energies of the low-Z hydrogen-like ions is so small that it can be ignored. The transition probability decreases with plasma density, but the transition probabilities have the same order of magnitude in the same number density regime.     

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45GHz,800W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明:等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800W时,气压在25kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012cm-3及4.01kV/cm。     

Optical Emission of Molecular Hydrogen in a Recombining Hydrogen Plasma

We observed optical emission of molecular hydrogen in a recombining hydrogen plasma with an electron temperature of 0.1 eV and an electron density of 3 × 10¹²cm^–3. The optical emission intensities of molecular hydrogen in the recombining plasma were roughly 10%–45% of those in an ionizing plasma with an electron temperature of 4 eV. The ratio was greater for a transition line originated from an excited state with a larger vibrational quantum number. Because of the low electron temperature of 0.1 eV, the production processes of excited states are not considered electron impact excitation in the recombining plasma. Possible recombination processes are discussed which produce excited states of molecular hydrogen in the recombining plasma (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)