大气压波导基微波诱导等离子体不仅具有等离子体区域直径大、工作气体气通量高、高密度和高耦合效率等优点,而且无需使用昂贵复杂的真空设备,有效降低了设备投资和维护成本实现了连续生产,因此在实际应用中具有广泛的应用前景。本文通过中频氩等离子体射流预电离的方式,在波导谐振腔中提供种子电子实现了微波等离子体的激励,并采用旋转气流的注入方式在石英管中产生了稳定的具有高浓度活性粒子的以氮为载气的微波等离子体炬。我们首先通过考虑放电管的大小研究了大气压波导基微波等离子体的放电机制,实验中发现放电管在波导基大气压微波诱导等离子体炬中扮演很重要的角色。当波导管宽壁上的孔径的直径与薄壁放电管的尺寸相等r0=R,等离子体等效的在具有一个确定的Q值的谐振腔中产生,此时等离子呈现等离子体炬形态。然而,如果波导管宽壁上的孔径与薄壁放电管之间有一间隙存在r0<R,则将会激发波导基表面波等离子体,其耦合效率主要依赖放电管与波导孔径之间的间隙。另外,我们对大气压波导基微波诱导N2-Ar等离子体炬进行了光谱诊断,实验发现吸收功率和混合气体比例对电子密度和气体温度的影响比较大,而对电子温度几乎没有影响。电子密度和气体温度都会随着功率增大而增加,而随着混合气体比例的增大电子密度增大气体温度却逐渐减小；同时我们还对N2+(B2∑u+-X2∑g+)第一负带带头谱线和N原子的谱线进行了考察,发现电子密度的增加会对N2的亚稳态A3∑u+和α’1∑u蕊的生产率产生直接影响,这些亚稳态的增加又有助于N2+的产生率上升,而N2+是大量N原子的直接来源,因此可以通过增加吸收功率和气体混合比例获得最大的氮原子的相对产生率。为了探索大气压等离子体渗氮的物理机制,进一步优化大气压微波等离子体渗氮技术,通过发射光谱对N2／H2微波等离子体炬进行了光谱诊断。实验发现在等离子体体系中存在NH(336.01nm)基团和大量的N原子,NH(336.01nm)基团的强度随着H2比例的增加逐渐增强,而H2的比例并没有影响N原子的发射光谱强度,但是由于H2对氮分子的亚稳态A3∑u+态有很强的淬灭作用,H2比例的增大,会使等离子体形态发生变化,即等离子体中的余辉减少甚至消失,因此本文确定氢气掺杂比在0.25%-0.5%范围内时,等离子体中的H2对等离子体的形态影响比较小,同时还原性气体H2的存在不仅可以消除金属表面的氧化层使得渗氮过程在还原性气体的环境中进行,而且形成的NH基团还将有助于渗氮的进行。