连续波光腔衰荡光谱装置的建立及其在非平衡等离子体HO和OH自由基定量测定中的应用

摘要

高气压低温等离子体属于非平衡体系，其中中性粒子、离子的温度较低，而电子温度可高达数十万度，从而可由电子碰撞产生大量活性物种，引发一系列在常规手段下难以进行的物理-化学过程。自由基一般被认为是引发各种化学反应过程的重要活性物种，因此对等离子体中自由基的浓度进行原位定量诊断就成为研究和改进等离子体工艺，探索等离子体中基元物理-化学过程的重要手段。由于等离子体中自由基具有很高的反应活性，因而浓度较低，这就需要采用灵敏度较高的诊断技术。光腔衰荡光谱技术是上世纪八十年代末兴起的一种全新的激光吸收光谱技术。与传统的吸收光谱技术相比，光腔衰荡光谱技术具有极长吸收程和对光源光强波动不敏感两大优点，因此具有极高的探测灵敏度，特别适合痕量物质的检测。 本论文将光腔衰荡光谱技术与介质阻挡放电技术相结合，对介质阻挡放电等离子体产生的自由基进行光腔衰荡光谱原位定量测量，主要取得以下结果： 1.建立了国内首台连续波光腔衰荡光谱装置。在谐振腔长42cm，放电电极长度10cm，高反镜的反射率99.994％的条件下，所建光腔衰荡光谱装置的最小检测灵敏度为3×10-8cm-1，相应的HO2自由基的最小探测数密度为1×1011moleculescm-3，表明本设备的主要性能指标达到国际先进水平。 2.利用连续波光腔衰荡光谱技术，首次对HCHO/O2/H2O/N2低温等离子体中的HO2自由基的数密度进行了定量研究。以HO2基电子态(-X2A

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 低温等离子体

1.2 低温等离子体中活性物种的诊断方式

1.3 光腔衰荡光谱技术

1.4 本论文的选题和研究思路

参考文献

2 光腔模式与光腔衰荡光谱

2.1 光学谐振腔

2.2 模式理论

参考文献

3 连续波光腔衰荡光谱实验装置的建立

3.1 激光源的选择

3.2 光隔离器的选择

3.3 声光调制器的选择

3.4 光学腔

3.5 探测器

3.6 触发电路的设计

3.7 数据采集与处理程序设计

3.8 等离子体产生装置

3.9 试剂与进样系统

3.10 其他辅助设备

参考文献

4 连续波光腔衰荡光谱法对DBD等离子体中HO2自由基的原位定量诊断研究

4.1 前言

4.2 HO2的近红外光谱

4.3 HO2红外吸收谱线线强度及定量测量研究

4.4 HO2数密度在半个放电周期中随时间的变化规律研究

4.5 HO2数密度随放电参数及气体组成的变化规律

4.6 本章小结

参考文献

5 连续波光腔衰荡光谱法对DBD等离子体中OH自由基的原位定量诊断研究

5.1 前言

5.2 OH自由基的近红外光谱

5.3 OH的定量测定

5.4 OH数密度在半个放电周期中随时间的变化规律研究

5.5 OH转动温度的测定

5.6 OH数密度随放电电压及气体组成的变化

5.7 本章小结

参考文献

6 结论与展望

6.1 本研究工作所取得的主要成果

6.2 展望：有待继续深入研究的问题

附录A 光腔衰荡光谱主要文献总结

附录A 参考文献

附录B 光腔衰荡光谱实验数据处理程序

攻读博士学位期间发表学术论文情况

创新点摘要

致谢