表面波等离子体的实验研究

论文摘要

表面波等离子体是一种具有大面积,高密度,均匀性和稳定性好的优越特性的等离子体。在这篇文章里,我们研究了表面波等离子体的制备方法,目的是得到面积大,密度高,体积大,均匀性和稳定性皆具备的等离子体。我们通过测量等离子体的参数来衡量其性能表现。文章阐述了用新型的双激发系统来产生表面波等离子体的方法。该装置由两个微波激发系统构成(上激发系统与环形激发系统)。实验结果显示,通过采用多个而不是一个环形技法系统阵列放置于真空室轴向上,我们制备了高密度,大体积而在轴向上又具备一定均匀性的体等离子体。我们还讨论了用介质棒引导微波从而产生等离子体。当等离子体密度小于临界密度时,表面波在等离子体里面是衰减波,在介质里面是以贝塞尔函数形式传播的波;而当等离子体的密度大于其临界密度时,表面波在等离子体与介质中都是以衰减波的形式来传播的。在实验当中,我们观察到了很有趣的发光条纹现象。我们对外来电磁波在等离子体表面激发表面等离子体激元及表面波进行了研究,并系统指出其存在的条件、传播特性、特征长度等。在这基础上我们计算了SPPs的波长。它是入射波的频率与等离子体密度的函数。我们把实验结果与我们的计算结果做了比较。通过理论与实验的分析,我们认为,这种等离子体的发光条纹现象是由聚氟乙烯和等离子体的交界面的表面波所引发的。在介质与等离子体交界面的SPPs(比如说在我们的试验中聚氟乙烯与等离子体的交界面)具有它自身独特的性质,比如说他们所呈现的物理现象的可观察性,大尺寸,以及其参数的可改变性等等,这些特性使得比我们在介质与金属中研究SPPs的行为特性显得更为灵活与直观。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 作者的研究内容和成果
• 第二章 实验装置与调试
• 2.1 表面波等离子体源发展的背景及其优点
• 2.2 表面波等离子体的产生机理
• 2.2.1 等离子体的相对介电常数
• 2.2.2 表面波等离子体的产生机理
• 2.3 产生表面波等离子体的装置
• 2.4 表面波等离子体的测量
• 2.4.1 单探针
• 2.4.2 双探针
• 2.5 高信噪比朗谬尔探针
• 第三章 大体积等离子体
• 3.1 环形耦合天线——大体积等离子体
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验结果
• 第四章 介质棒引导等离子体
• 4.1 一般表面波等离子体的微波耦合方式
• 4.2 介质引导表面波等离子体
• 4.3 电磁波在介质波导中的传播
• 4.4 等离子体中的驻波发光现象
• 4.5 介质棒波导中的表面波
• 4.6 等离子体中SPPs的验证
• 4.6.1 什么是SPPs
• 4.6.2 等离子体中SPPs的色散关系
• 4.6.3 等离子体中SPPs的特征长度
• 4.6.4 等离子体中SPPs的验证
• 第五章 总结和展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研成果与发表论文
• 致谢