大氣壓He-Ar射頻容性放電研究.pdf

1、近年來，光泵浦氬氣亞穩(wěn)態(tài)激光器由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、發(fā)射近紅外激光、光束質(zhì)量高、量子效率高以及有可能擴(kuò)展到高功率激光器而備受關(guān)注。該激光器的激光下能級(jí)Ar亞穩(wěn)態(tài)1s5(3s23p54s3P2)粒子數(shù)密度是激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，但該能級(jí)的能量較高（11.548 eV），不易獲得。因此，如何產(chǎn)生足夠多的Ar1s5粒子數(shù)密度是研究該類激光器的重要課題。
　　產(chǎn)生激發(fā)態(tài)氣體的常見方式是氣體放電。本文采用射頻放電的方式，電源頻率13.56 MH

2、z，放電氣體為He-Ar混合氣體。為判斷放電狀態(tài)，通過高壓探頭測(cè)量放電電壓，采用發(fā)射光譜法測(cè)量等離子體的重要參數(shù)：氣體轉(zhuǎn)動(dòng)溫度、電子溫度、電子密度和Ar1s5粒子數(shù)密度。其中氣體轉(zhuǎn)動(dòng)溫度通過擬合N2第二正帶譜獲得；電子溫度通過雙譜線法和玻爾茲曼作圖法獲得；電子密度通過Ar原子譜線696.54 nm的Stark展寬獲得；Ar1s5粒子數(shù)密度通過譜線419.83 nm和420.07 nm的線強(qiáng)比率獲得。
　　本文通過以上手段研究了靜態(tài)

3、和氣體流動(dòng)狀態(tài)下氣體配比、氣壓、流量和放電功率對(duì)裸金屬電極放電和介質(zhì)阻擋放電的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，裸金屬電極在100 kPa的條件下靜態(tài)放電，Ar1s5粒子數(shù)密度隨著放電功率的增加而增加。Ar體積含量2％~5%區(qū)間， Ar1s5粒子數(shù)密度在Ar含量為4%時(shí)最大，在70 W的放電功率下達(dá)到1.5×109 cm-3。介質(zhì)阻擋放電在Ar含量為3%的條件下靜態(tài)放電，Ar1s5粒子數(shù)密度隨著氣壓的增加而下降，且在相同條件下放電電壓等放電參數(shù)比裸金屬電

4、極放電更高。將實(shí)驗(yàn)改為流動(dòng)放電，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢(shì)與靜態(tài)介質(zhì)阻擋放電的類似，不同的是，Ar1s5粒子數(shù)密度比靜態(tài)放電的高。改變介質(zhì)阻擋放電的Ar含量及氣體流量，發(fā)現(xiàn)Ar1s5粒子數(shù)密度在Ar含量為4.2%，流量為2.0 L/min最大。分析放電光譜發(fā)現(xiàn)，隨著放電時(shí)間的增加，靜態(tài)放電時(shí)，400~600 nm水蒸氣的轉(zhuǎn)動(dòng)譜強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)，而Ar原子的譜線強(qiáng)度減弱。752~807 nm范圍內(nèi)的Ar原子和O原子的譜線強(qiáng)度均不同程度下降，且Ar