【摘 要】
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受到测量技术的限制,大气压非平衡等离子体射流（N-APPJ）中真空紫外（VUV）光谱测量一直存在大量实验数据空缺,并且至今无法突破105 nm的波长测量下限。然而,无论对于N-APPJ放电物理机制研究,还是对于N-APPJ实际应用研究来说,其VUV光谱的测量都具有重要的意义。为了解决上述问题,本文展开的具体工作如下:一、自主设计了三级真空差分系统,去除光学材料的阻挡,匹配真空紫外光谱仪,首次突破了
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受到测量技术的限制,大气压非平衡等离子体射流（N-APPJ）中真空紫外（VUV）光谱测量一直存在大量实验数据空缺,并且至今无法突破105 nm的波长测量下限。然而,无论对于N-APPJ放电物理机制研究,还是对于N-APPJ实际应用研究来说,其VUV光谱的测量都具有重要的意义。为了解决上述问题,本文展开的具体工作如下:一、自主设计了三级真空差分系统,去除光学材料的阻挡,匹配真空紫外光谱仪,首次突破了开放环境N-APPJ VUV光谱测量的波长下限105 nm,得到了直流高压驱动下N-APPJ和大气压空气放电中50-300 nm范围内的辐射光谱。证实了传统光电离假设中光电离辐射源——b~1Πu（Birge–Hopfield（BH）I）,b′1Σu+（Birge–Hopfield（BH）II）,和c4′1Σu+（Carroll–Yoshino）三种激发态氮分子的辐射谱线的存在。在He N-APPJ中首次测量到了波长最低58.4 nm的He原子谱线。在脉冲驱动的N-APPJ中首次测量到了波长83.3 nm的氧离子谱线和波长91.67、108.56 nm处的氮离子谱线。上述谱线所具有的光子能量达到了大部分气体原子甚至分子的电离能。这些数据的获得对于N-APPJ物理机理和实际应用研究都具有重要的意义。二、将测量到的光谱数据应用于N-APPJ光电离率的数值计算。根据测量到的谱线数据,和对应波长的氮氧分子吸收、电离参数,计算出了所测量到的VUV辐射光可引发的光电离率。验证了传统氮氧混合气体放电光电离假设的合理性并对其做出了补充。并根据计算结果对He N-APPJ光电离理论提出了猜想,为N-APPJ光电离理论的建立与完善提供实验依据。三、根据N-APPJ中所测量到的VUV辐射光谱与吸收光谱的对应关系,将N-APPJ VUV光谱应用于N-APPJ中活性粒子的诊断。通过光路设计,完成N-APPJ VUV吸收光谱的测量,测量了Ar N-APPJ中基态和低激发态氧原子的绝对密度,与激光诱导荧光法测量结果接近。此外,通过该方法测量了Ar N-APPJ中O（~1S）和O（~1D）绝对密度的变化规律,并基于该测量结果研究了Ar N-APPJ中相关绿色极光辐射O（~1S）→O（~1D）产生的机制。综上,本工作深入研究了N-APPJ中VUV光谱特性、及产生与变化机制,并将测量到的数据应用于N-APPJ光电离机制和诊断研究。为N-APPJ的理论完善及实际应用提供了可靠的实验依据。
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