大气压等离子体的太赫兹波传输特性研究

摘要

电磁波与等离子体相互作用一直是等离子体、电磁场与电磁波以及通信领域的研究热点，它在无线电通信、空间探测、等离子体电磁波诊断等方面有着重要的应用。近年来，大气压等离子体由于其放电气压为大气压，不需要真空装置，粒子间平均自由程短，放电过程演化剧烈等独特性质，受到广泛关注。针对大气压等离子体诊断的文献也大量涌现，但大都局限于1017m-3左右的大气压等离子体的诊断，对于密度高达1022m-3以上的电弧放电等离子体的诊断还没有非常理想的方法，也缺少实验测量手段。基于此，本文尝试从高密度大气压等离子体与太赫兹波的相互作用机理出发，利用二者共振吸收等现象，通过数值模拟与实验相结合的方法，探究太赫兹波在大气压等离子体中传输时的透过率、反射率等参数的变化，为高密度大气压等离子体诊断提供理论依据。
　　根据电弧等离子体和介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)等离子体的特性，从具有夹层结构的等离子体理论模拟出发，研究不同参数大气压等离子体中太赫兹波传输特性，分析等离子体参数对太赫兹波反射系数、透射系数等的影响。其中电弧等离子体参数是通过ANSYS FLUENT软件，结合Saha方程获得的，对电弧放电进行模拟，计算得到电弧放电等离子体的相关参数。
　　利用可以稳定输出1.63THz、2.53THz、3.11THz的太赫兹激光器，分别以电弧放电等离子体和介质阻挡放电等离子体为对象进行了太赫兹波传输实验研究，并对数值模拟和实验结果进行对比分析。研究发现：当等离子体频率处于太赫兹频段范围时，等离子体与入射太赫兹波的相互作用效果明显。而对于介质阻挡放电等离子体，由于其电子密度低于1020m-3，当太赫兹波入射时，太赫兹波透过率高达0.99，损耗非常小。研究表明：太赫兹波等离子体诊断方法适用于高密度的等离子体(>1020m-3)的诊断。本文的研究对电弧等离子体等高密度等离子体诊断提供了新的思路。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 等离子体概述

1.3 国内外在该方向的研究进展与分析

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 大气压等离子体中太赫兹波传输的理论研究

2.1 引言

2.2 大气压等离子体与太赫兹波相互作用的理论推导

2.3 大气压等离子体中太赫兹波传输特性的理论研究

2.4 本章小结

第3章 DBD等离子体中太赫兹波传输特性的研究

3.1 引言

3.2 DBD等离子体表征

3.3 DBD等离子体中太赫兹波传输特性的研究

3.4 本章小结

第4章 电弧放电等离子体中太赫兹波传输特性的研究

4.1 引言

4.2 电弧放电等离子体的产生与表征

4.3 电弧等离子体中太赫兹波传输特性的数值模拟

4.4 电弧等离子体中太赫兹波传输特性的实验研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢