Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。 为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理, 本文利用针板放电结构, 在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。 在平均电流为20～300 μA范围内, 放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。 在Trichel脉冲放电模式下, 平均极间电压随着平均电流的增高而降低； 正常辉光放电模式下, 平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。 实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像, 从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、 法拉第暗区、 正柱区和阳极辉区。 随着平均电流的增加, 负辉区、 正柱区以及阳极表面的发光增强, 负辉区体积基本保持不变, 法拉第暗区长度逐渐增加, 正柱区长度逐渐缩小。 在Trichel脉冲消失时, 负辉区发光向阴极针尖收缩, 正柱区向阳极板贴近, 并且两个区域发光明显增强。 利用光谱仪在300～800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。 其中在300～450 nm波长范围内的发射光谱强度较高, 为氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)和氮分子离子的第一负带系（B2Σ+u→X2Σ+g）； 在650～800 nm附近发射光谱较弱, 为氮分子的第一正带发射谱（B3Πg→A3Σ+u）。 在此基础上, 根据N2(C3Пu→B3Пg )第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。 结果表明, 分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加, 分子振动温度在3 900～4 500 K, 分子转动温度在430～450 K。 同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。 随着平均电流的增加, 电场强度升高, 在145～200 kV·m-1范围。 当Trichel脉冲消失时, 针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。 此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。

为了进一步揭示空心阴极放电中放电模式的转换机制, 特别是空心阴极放电过程中自脉冲的形成机理, 利用柱型空心阴极放电结构, 在空气环境下研究了放电处于不同模式时的发光特性。 测量得到了不同放电模式下的伏安特性曲线、 放电发光图像、 自脉冲阶段的脉冲波形等。 实验结果表明随着放电电流的增加放电分为汤生放电模式、 自脉冲放电模式、 正常辉光放电模式和反常辉光放电模式。 虽然所用电源为直流电源, 但在自脉冲放电阶段电流和电压随时间呈周期性变化。 实验结果表明在不同的放电模式下具有不同的发光特性。 在由汤生放电转换为自脉冲放电模式和由自脉冲模式转换为正常辉光放电模式过程中, 放电腔的径向中心处和轴向孔口附近均存在光强的突变。 实验同时在200～700 nm范围内测量得到了不同电流时的发射光谱。 结果表明发射光谱主要集中在330～450 nm, 主要包括氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg )和氮分子离子的第一负带系(B2Σ+u→X2Σ+g)。 其中氮分子离子第一负带系具有较强的发射光谱。 由于B2Σ+u激发电位较高, 因此该谱带较强发射光谱的存在表明空心阴极放电较其他放电形式更容易获得高激发态粒子和高能量电子。 在650～700 nm附近存在一弱的发光谱带, 主要为氮分子的第一正带发射谱(B3Πg→A3Σ+u)。 在此基础上根据双原子光谱发射理论, 结合氮分子第二正带系的三组顺序组带: Δν=-1, -2和-3, 利用玻尔兹曼斜率法计算得到了不同放电模式下氮气的分子振动温度。 结果表明在实验电流范围内分子振动温度在3 300 K左右, 随着电流的增加而升高, 并且在自脉冲消失时存在一突变迅速增强。 由于电子能量、 电子密度与分子振动温度密切相关, 因此该结果也表明随着放电电流的增加电子平均能量和电子密度不断增加, 当脉冲消失时, 电子平均能量和电子密度出现跃变升高。 最后, 对空心阴极放电中自脉冲的形成机理进行了讨论, 结果表明自脉冲放电源于放电模式的转换。

采用高速录像机和光谱仪，研究了在双水电极介质阻挡放电装置中首次得到的由长短交替的棒状放电结构组成的栅栏斑图。通过观察20 μs曝光录像照片发现栅栏斑图由体放电和沿面放电组成。采用发射光谱法，利用N2第二正带系（C3Πu→B3Πg）的发射谱线和Ar Ⅰ（2P2→1S5）谱线的展宽，分别测量和比较了不同体放电和沿面放电不同位置处的分子振动温度和电子密度。结果发现：斑图中具有较强沿面放电的体放电比具有较弱沿面放电的体放电拥有较高的分子振动温度和电子密度；在沿面放电的方向上，沿面放电的分子振动温度和电子密度均逐渐降低。理论分析证明，壁电荷在狭缝内的非等量分布是影响栅栏斑图形成的主要因素。

利用发射光谱法, 在氮气环境下研究了圆柱型空心阴极放电条纹的特性。 测量得到了气压为20 Pa, 放电电流为1.3 mA时条纹区的发射光谱, 结果表明发射光谱主要为氮分子的第一正带系（B3Пg →A3Пu）和 第二正带系(C3Пu→B3Пg )。 利用双原子光谱发射理论, 计算得到了氮分子振动温度的空间分布特性。 结果表明光谱线强度呈周期性分布, 明纹中心处的谱线强度高于暗纹中心处的谱线强度。 明纹中心处的N2分子振动温度为3 500～4 400 K, 并且从阴极到阳极, 明纹中心处光谱线强度和分子振动温度逐渐下降。 同时测量得到了放电电流为1.0和1.5 mA时的发光条纹特性, 研究了放电电流对条纹特性的影响。 随着放电电流的增加, 明纹中心处的分子振动温度升高, 条纹间距增加。 另外, 利用测量得到的发光条纹, 计算得到了条纹区的平均约化电场强度为44～49 m-1·Pa-1, 并且由阴极向阳极逐渐降低。 对于揭示气体放电中发光条纹的形成机理和促进空心阴极放电的稳定性有重要的参考价值。

利用平行管水电极介质阻挡放电装置, 在氩气和空气混合气体中, 得到了狭缝微放电等离子体. 利用发射光谱法, 研究了此放电中分子振动温度、 分子转动温度和电子的平均能量随气体压强的变化. 通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算了氮分子的振动温度; 利用氮分子离子(N＋2)的第一负带系(B2Σ+u→X2Σ+g)的发射谱线计算了氮分子的转动温度; 测量了氮分子离子391.4 nm和激发态的氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比, 研究了电子能量的变化. 结果表明, 当压强从60 kPa增大到100 kPa, 分子振动温度及分子转动温度均减小, 氮分子离子谱线与激发态的氮分子谱线的强度之比亦减小.

使用针-板式电极装置, 在大气压氮气介质阻挡微放电中, 通过对氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射光谱的时间分辨谱线进行分析, 根据振动带序发射光谱强度计算得出N2(C, ν)振动温度, 并研究了不同压强及放电电压对氮分子(C3Πu)的振动温度时间分辨的影响。实验结果表明: 氮分子振动温度的范围为2 000～3 500 K, 在每半个放电周期内都呈减小趋势, 且正负半周期振动温度差较大, 负半周期振动温度始终高于正半周期; 振动温度随电压升高而升高, 随压强的升高而降低。