柱形表面波等离子体基本参数诊断研究

论文摘要

表面波等离子体源是受广泛关注研究的新一代等离子体源。而射频激励产生的高密度柱形表面波等离子体可与电磁波相互作用,可以类似鞭状金属天线接收、发射电磁波,进行无线通信,是等离子体天线的重要组成部分。针对本实验室柱形表面波等离子体系统,从高频功率输入等离子体的机理出发,讨论柱形等离子体的产生。理论上分析,柱形表面波等离子体径向密度分布近似为贝塞尔分布;轴向密度分布与激励功率、碰撞频率以及气体电离阈值等参数密切相关,并通过数值计算,微波透射和发射光谱的等离子体参数诊断验证其分析结果。分别利用三种不同的测量方法得到等离子体电离阻抗,讨论电离阻抗匹配网络的设计;并给出了一定频段下,柱形等离子体电离阻抗的一种理论分析方法。介绍表面波传输的概况,讨论均匀柱形等离子体的色散关系及电磁场分布,采用双探针的方法对柱形等离子体表面的波矢分布进行了测量。讲述实验室的等离子体实验数据采集系统,介绍了在LabVIEW编程环境下的一个远程数据采集系统,其实现了数据实时采集、存储、传输以及分析有机的结合。通过本文的讨论分析,初步建立本实验室柱形表面波等离子体的理论模型和得到有意义的等离子体参数,为日后的深入研究打下一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章、引言
• 1.1 低温等离子体物理的发展与应用
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章、表面波激发等离子体
• 2.1 高频功率输入等离子体的机理
• 2.2 表面波的概念
• 2.3 表面波等离子体的基本原理
• 2.4 表面波等离子体的激发方式
• 2.5 表面波激发柱形等离子体
• 第三章、柱形表面波等离子体密度分布
• 3.1 柱形表面波等离子体径向密度分布
• 3.2 柱形表面波等离子体轴向密度分布
• 3.2.1 柱形等离子体轴向密度分布的数值模型
• 3.2.2 数值模型计算结果
• 3.3 柱形表面波等离子体密度微波透射诊断
• 3.3.1 等离子体密度的求解
• 3.3.2 实验数据计算结果
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 柱形表面波等离子体密度发射光谱（OES）诊断
• 3.5 小结
• 第四章、柱形表面波等离子体电离阻抗
• 4.1 表面波激发柱形等离子体的电离阻抗
• 4.2 柱形等离子体的电离阻抗测量方法
• 4.2.1 矢量网络分析仪直接测量法
• 4.2.2 功率测量推算法
• 4.2.3 匹配测量法
• 4.3 等离子体功率匹配网络设计
• 4.4 表面波等离子体电离阻抗的理论分析
• 4.4.1 柱形等离子体辐射阻抗的计算
• 4.4.2 柱形等离子体欧姆损耗阻抗的计算
• 4.4.3 实验结果与数值分析
• 4.5 小结
• 第五章、表面波沿柱形等离子体的传播与辐射
• 5.1 均匀柱形等离子体的色散关系及电磁场分布
• 5.2 双探针法测量柱形等离子体表面的波矢分布
• 5.2.1 实验安排
• 5.2.2 实验与计算结果
• 5.2.3 小结
• 第六章、等离子体实验数据采集系统
• 6.1 虚拟仪器及LabVIEW 入门
• 6.1.1 虚拟仪器概述
• 6.1.2 LabVIEW 环境简介
• 6.2 基于LabVIEW 的远程数据采集系统的设计
• 6.2.1 硬件组成
• 6.2.2 SQL 数据库数据存储操作
• 6.2.3 控制命令的发布
• 6.2.4 服务器端
• 6.2.5 客户端
• 6.3 小结
• 第七章、总结与展望
• 参考文献
• 研究生期间发表和已接受的学术论文
• 致谢