直流辉光放电等离子体参数测量

探针I-V曲线
探针I-V曲线
dI/dV(V=0)=0.14(uA/v),I+=1.63(uA) 20pa 2W 电子温度(104k) 电子密(1011/cm-3) 7.40 2.27
dI/dV(V=0)=0.136(uA/v),I+=1.73(uA) 40pa 2W 6.74 3.48 40pa 4W 7.37 3.52
正柱区Ar光谱
电子温度的计算
选择能够完全分辨的763.5nm和826.5nm谱线
λ（nm） 763.5 826.5 Aji（s-1） 2.45e+7 1.53e+7 Ei（eV） 11.55 11.83 Ej(eV) 13.17 13.28 组态 3p5 4p-3p5 4s 3p5 4p-3p5 4s LScouple
I i2 i2 (i1 i1 )
流过探针的尽电流

探针1 探针2
i1 i I A eV 1 1 exp( ) i2 i2 I A2 kTe
若近似认为 A 1 A 2
则 i1 i2 I
I I tanh(

eI dI dV(V 0) 2kTe
3
P2 -3 P2 P1
3P -1 1
探针法和光谱法得到的数据比较 20pa 2W 探针法（K） 光谱法 (K) 7.40×104 2.77×103 40pa 2W 6.74×104 2.61×103 40pa 4W 7.37×104 2.85×103
出现数量级上的差异，主要原因：1.低气压放电时不能满足LTE的wenku.baidu.com设 2.光谱仪分辨率和测量范围受限制
λ （nm） Ej(eV) Ei(eV) g 750.4 751.5 763.5 772.37 772.42 826.5 800.6 801.5 840.8 842.5 852.1 912.3 13.48 13.27 13.17 13.15 13.33 13.28 13.17 13.09 13.3 13.09 13.28 12.91 11.62 11.62 11.55 11.55 11.72 11.83 11.62 11.55 11.83 11.62 11.83 11.55 1 1 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3
谢谢！
主要参考资料： 《气体放电物理》 徐学基 复旦大学出版社 《Light and light sources》Peter Flesch 低温氩等离子体中的单探针和发射发射光谱诊断技术 牛田野 物理学报 第56卷第四期 Mode transitions in low pressure rare gas cylindrical ICP discharge studied by optical emission spectroscopy ,T Czerwiec J.Phys D Appl. Phys. 37,2004 2827 Characterization of argon plasma by use of optical emission spectroscopy and langmuir probe measurements Int. Riaz Ahmad. J. Mod.Phys B Vol.17 No.14 ,2003 ,2749
2.双探针法测量电子温度与浓度
鞘 层
等离子体 认为鞘层与探针面积相等，且鞘层内无碰撞， 假设电子服从波尔兹曼-麦克斯韦分布，离 子被鞘层加速而具有单一能量
i eAjr exp[ e(Vp Vs ) kTe ]
探针
Vs V2
双探针整体悬浮
V1
i1 i2 i1 i2 0
实验展望：1.在提高分辨率的基础上，选择自吸收率小的光谱，如 750.4nm，811.5nm，或者高激发态能级的谱线，如404.4nm，426.6nm 2. 采用更精确的C-R模型，考虑碰撞过程
4未解之谜
两次试验差别在于第一次实验没有开Ar钢瓶阀门，固可能有杂质气体，但从 前者的谱线看，也只有阴极区存在782.3nm，查阅资料，H无该谱线，O虽有， 但激发电位过高，为47eV左右。有可能是阴极溅射，如Ba783.95nm，W在 782nm～783nm间有很多谱线，且二者激发电位都很低。
3. 光谱测量
（1）光谱仪定标：a用光谱仪测量标准灯的光谱 b在已知标准灯光谱（厂家）的基础上，进行 拟合插值，得到对应波长的强度值 c 通过强度比得到不同波长的响应值
（2）通过光学导轨固定光纤探头（原创）
假设激发态粒子浓度服从波耳兹曼分布 辐射功率 用双线法
( )=
g 1 hc Anm n0 n e En / kT 4 nm Z E E2 1 I1 g1 A v 1 1 KT e I2 g 2 A2 v2
2 阳极 4 阴极 6 进气口
5 冷却水管
7 DH直流辉光等离子体试验台
8 放电管
1.辉光放电现象描述
d=155mm, 40pa 阳极 辉区
正柱区
法拉第暗区
阴极 辉区
阿斯顿 暗区
阿斯顿暗区：电子能量不足以大量激发
阴极辉区：电子能量高，发光最强 法拉第暗区：电子重新获得能量
正柱区：等离子体
只有放电管足够长才能出现明显的正柱区！
直流辉光放电等离子体 参数测量
电光源 06300310019 杨深
实验内容概述
测量辉光放电伏安特性曲线 验证帕邢定律（击穿电压） 双探针法测量电子温度与浓度 不同放电区域的光谱测量与定性分析 通过发射光谱计算正柱区电子温度

实验装置
1 2 4 8 5 6
3
7
1 抽气口，接机械泵 3 双探针
因此，知道饱和离子流和零点处斜率即可求 出电子温度
I kTe eA M
eV ) 2kTe
探针吸收的饱和离子流
I enu B A n
此即为等离子体 密度
探针I-V曲线
dI/dV(V=0)=0.087(uA/v), I+=1.11(uA) 饱和离子流段与理论不符的原因：鞘层厚度增大 曲线没有过0的原因：两探针的面积并非完全相等