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技術(shù)介紹：

等離子體是一種內(nèi)部包括大量電子薄弱點、離子覆蓋範圍、原子、分子的混合物積極性，呈現(xiàn)電導(dǎo)性奮勇向前，被看作是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種物質(zhì)形態(tài)外的第四種形態(tài)實施體系，其性質(zhì)與其他三種物質(zhì)存在形態(tài)有很大差異組建。氣體溫度、電子密度是表征等離子體的基本參數(shù)效果較好。對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量重要的意義，是研究等離子體的重要過程。

氣體溫度的確定通常使用分子譜帶擬合的方法^[1-2]等多個領域。該方法主要基于分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的數(shù)量分布與周圍重粒子熱運(yùn)動(dòng)（由氣體溫度決定）直接相關(guān)的原理再獲，當(dāng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的數(shù)量分布達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，分子轉(zhuǎn)動(dòng)溫度與等離子體的氣體溫度一致提供了有力支撐。通過對(duì)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)輻射譜帶的擬合激發創作，可以得到分子的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度，從而得到等離子體氣體溫度^[3]進一步意見。

電子密度是表征等離子體性質(zhì)的另一個(gè)重要參數(shù)增幅最大。分析原子譜線的斯塔克展寬（Stark Broadening）是確定等離子體電子密度的一種常用手段[4]，其中氫原子譜線的斯塔克展寬由于受電子溫度和氣體溫度影響微弱生產能力，同時(shí)與電子密度成線性關(guān)系標準，氫原子譜線的斯塔克展寬分析已經(jīng)發(fā)展成為一種較成熟的電子密度診斷技術(shù)。

本文利用卓立漢光發(fā)射光譜測(cè)量系統(tǒng)堅持好，對(duì)大氣壓低溫等離子體射流進(jìn)行光學(xué)診斷即將展開，獲得等離子體射流的氣體溫度與電子密度，從而為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)特性。

產(chǎn)品應(yīng)用：

大氣壓低溫等離子體射流實(shí)驗(yàn)裝置由高壓脈沖電源傳承、等離子體射流發(fā)生器、卓立發(fā)射光譜測(cè)量系統(tǒng)建言直達、電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)構(gòu)成多種，如圖1所示。高壓電極放置在單端封口的石英玻璃管中充分發揮，其底端距離地電極20mm發展成就。高壓脈沖電壓峰值14kV，頻率2kHz能力建設，脈寬500ns關註。工作氣體為氬氣，流速2.5L/min無障礙。卓立漢光發(fā)射光譜測(cè)量系統(tǒng)由卓立漢光Omni-λ750i光譜儀與科學(xué)級(jí)像增強(qiáng)型相機(jī)IsCMOS構(gòu)成連日來，IsCMOS相機(jī)也可單獨(dú)連接鏡頭做像增強(qiáng)高速相機(jī)使用，如圖2所示發揮重要帶動作用。

圖1：Ar等離子體射流裝置示意圖

圖2：卓立發(fā)射光譜測(cè)量系統(tǒng) (a)光譜儀與IsCMOS聯(lián)用意向；(b)IsCMOS作增強(qiáng)高速相機(jī)用。

利用IsCMOS拍攝的單個(gè)脈沖放電照片如圖3所示文化價值。設(shè)置相機(jī)曝光時(shí)間為500ms形式，關(guān)閉IOC,單次觸發(fā)采集。利用信號(hào)發(fā)生器外觸發(fā)相機(jī)不斷完善，頻率2kHz數字化，與高壓脈沖電源同步。門延時(shí)(delay)設(shè)置180ns基礎上，門寬(width)設(shè)置550ns各領域。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，氬氣射流放電在一個(gè)電壓周期中呈現(xiàn)絲狀保持競爭優勢，類似電弧的放電通道進行培訓。

圖3：單個(gè)脈沖下Ar等離子體射流照片

同時(shí)發展機遇，實(shí)驗(yàn)過程中采集了Ar等離子體射流放電電壓電流波形，如圖4所示法治力量。其中全技術方案，放電電流為總電流減去位移電流。從圖中可以發(fā)現(xiàn)Ar等離子體射流在一個(gè)脈沖周期內(nèi)存在兩次放電共享，分別發(fā)生在上升沿和下降沿信息化，且上升沿的放電持續(xù)時(shí)間較長。

圖4：Ar等離子體射流放電電壓電流波形

圖5展示了Ar等離子體射流在250nm-900nm范圍內(nèi)的發(fā)射光譜生動。測(cè)量過程中利用凸透鏡將等離子體的發(fā)射光匯聚進(jìn)入光譜儀入射狹縫新型儲能，狹縫寬度50μm，光柵刻度1200g/cm新品技。從發(fā)射光譜中可以明顯觀察到N2範圍、OH、O原子深入交流、Ar等粒子的發(fā)射譜線管理。

圖5：Ar等離子體射流發(fā)射光譜

大氣壓等離子體的光譜線寬主要由幾種展寬機(jī)制形成，分別為：自然展寬雙向互動、多普勒展寬效率和安、共振展寬、范德瓦爾斯展寬品牌、斯塔克展寬深入開展。同時(shí)，對(duì)探測(cè)到的譜線輪廓進(jìn)行分析等形式，需要考慮光譜采集系統(tǒng)的儀器展寬技術的開發。儀器展寬與多普勒展寬的輪廓是典型的高斯(Gaussian)分布，其他展寬機(jī)制導(dǎo)致的輪廓都是洛倫茲(Lorentzian)分布飛躍。在本實(shí)驗(yàn)條件下更高效，自然展寬和共振展寬相對(duì)于其他展寬機(jī)制的影響可以忽略不計(jì)^[5]。

儀器展寬(Δλ_I)測(cè)量擬合光譜如圖6所示重要部署。在實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定低壓汞燈在577nm與579nm處的特征譜線具體而言，經(jīng)過Gaussian擬合，得到儀器展寬Δλ_I=0.1150nm智慧與合力。

圖6：儀器展寬測(cè)量與擬合

多普勒展寬是(Δλ_D)由激發(fā)態(tài)原子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生喜愛。當(dāng)激發(fā)態(tài)原子熱運(yùn)動(dòng)速度滿足麥克斯韋分布時(shí)，多普勒展寬可以由式(1)計(jì)算得到^[6]：

其中開放要求，λ₀為譜線中心波長向好態勢，M為激發(fā)態(tài)原子的原子質(zhì)量，T_g為等離子體氣體溫度服務機製。

范德瓦爾斯展寬(Δλ_W)由激發(fā)態(tài)原子和周圍基態(tài)原子誘導(dǎo)偶極之間的偶極相互作用產(chǎn)生貢獻力量，其線型為洛侖茲線型使用，可由式(2)計(jì)算得到^[7]：

其中p表示氣壓，在大氣壓條件下p=1發行速度。

高斯分布的展寬(Δλ_G)和洛倫茲分布的展寬(Δλ_L)可由式(3)優化程度、式(4)計(jì)算得到：

在計(jì)算得到高斯線寬的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的H_α譜線進(jìn)行反卷積奮勇向前，得到洛倫茲展寬，減去范德瓦爾斯展寬后即得到斯塔克展寬實施體系。利用式(5)可得到等離子體電子密度^[8-9]：

圖7展示了N₂(C³Π_μ-B³Π_g)(Δν=0)的模擬光譜和實(shí)驗(yàn)光譜的最佳擬合結(jié)果組建。根據(jù)N₂(C-B)的擬合結(jié)果，氣體溫度約等于轉(zhuǎn)動(dòng)溫度深度，取T_g=740K帶動擴大。計(jì)算得到多普勒展寬Δλ_D=0.0128nm，因此高斯展寬Δλ_G=0.1157nm開拓創新。

圖8給出了Ar等離子體射流在650nm-662nm范圍內(nèi)的H_α譜線持續發展，以及進(jìn)行Voigt擬合的結(jié)果，可以得出洛倫茲展寬Δλ_L=0.5500nm促進善治。減去范德瓦爾斯展寬Δλ_W=0.0353nm擴大，得到斯塔克展寬Δλ_S=0.5147nm。根據(jù)式(5)計(jì)算得到發揮效力，實(shí)驗(yàn)中使用的Ar等離子體射流的電子密度約為3.28×10¹⁶ cm^-3新格局。

圖7：Ar等離子體射流N₂(C³Π_μ-B³Π_g)(Δν=0)實(shí)驗(yàn)與模擬光譜

圖8：H_α發(fā)射光譜測(cè)量與擬合

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

聶蘭蘭，博士安全鏈，華中科技大學(xué)副教授顯示，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)榇髿鈮旱蜏氐入x子體放電機(jī)理研究真正做到、等離子體活性成分的診斷科普活動、大氣壓低溫等離子體生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用及小型化等離子體發(fā)生裝置的研發(fā)。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)強化意識，主持并結(jié)題博士后基金1項(xiàng)長期間，參與了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及國防基金。以第一作者和通訊作者發(fā)表SCI期刊論文20多篇現場，申請(qǐng)發(fā)明專*6項(xiàng)綠色化發展。

張睿之，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院低溫等離子體實(shí)驗(yàn)室在讀碩士生不久前。實(shí)驗(yàn)室主要研究方向包括氣體放電用上了、水中放電、氣液兩相放電物理基礎(chǔ)研究能力建設，低溫等離子體在能源關註、環(huán)境研究進展、及生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究，各種高壓脈沖電源的研制連日來。