利用自行搭建的LIBS装置对原铝中硅铁含量进行了分析测试, 测试前对原铝试样进行了微观形貌分析, 研究发现原铝中硅元素除有个别区域聚团现象外, 其分布相对较为均匀; 铁元素多以团状汇聚形态出现, 且无明显的分布规律。 实验分别考察了激光脉冲能量对激光诱导原铝等离子体光谱的影响, 发现随着激光脉冲能量的增大, 硅、 铁元素信噪比先增加后减小, 硅、 铁谱线信噪比最大值均出现在160 mJ处, 实验选取的激光脉冲能量为160 mJ。 在上述较为合理的实验条件下, 以内标法为基础, 分别采用两种标样(纯铝标样与自选标样)建立了定标模型; 结果表明: 相比于纯铝标准试样, 采用自选试样建立的定标模型不够理想, 且数据的离散程度较大, 铁元素直线拟合优度仅为0.921 3, 相对标准偏差也较大。 采用纯铝标样时, 在试样不旋转的情况下, 硅、 铁元素定标曲线拟合优度分别为0.961 1与0.974 1, 相对标准偏差分别为8.85%与9.43%, 且误差棒显示误差随定标试样的硅、 铁含量升高而增大。 当试样台保持转速50 r·min-1条件下进行实验, 发现硅、 铁元素定标曲线的拟合优度分别为0.978 5与0.988, 相对标准偏差分别为3.78%与3.4%, 相比于试样平台固定情况下的定标结果, 拟合优度明显改善, 相对标准偏差也有所降低, 定标模型明显优于自选试样建立的模型。 使用两种定标模型对25个测试样进行了分析测试, 比较了两种测试结果的相对误差, 纯铝定标试样由于含量梯度较大, 跨度较宽, 采用该标样建立的定标模型对低铁原铝试样测试适应性相对较差, 而自选试样建立的定标模型虽然不够理想, 但针对低铁原铝试样的测试适应性相对较好。 对激光诱导原铝产生的等离子体进行了诊断, 通过镁元素几条离子谱线的玻耳兹曼图, 计算出了等离子体温度约为9 163.63 K, 利用镁元素一条谱线的Stark展宽估算出等离子体电子密度为1.69ⅹ1017 cm-3, 验证了激光诱导原铝等离子体处于局部热力学平衡状态的假设是成立的。

基于电磁波与时变介质相互作用能够实现电磁波频率上转换的原理, 通过粒子模拟(PIC)方法对电磁波与时变等离子体薄层相互作用进行模拟, 实现了频率由2.45 GHz提升至130 GHz, 功率转化效率约为0.39%。探究了等离子体参数(包括等离子体密度、有限的等离子体上升时间以及等离子体薄层厚度)对频率上转换的影响。模拟结果验证了等离子体密度决定上转换频率, 与理论结果相符。模拟结果表明, 等离子体薄层厚度越大, 得到的上转换波的能量越大; 等离子体的上升时间越小, 上转换波的转换效率和频谱纯度越高。采用等离子体密度2×1020 cm-3, 等离子体厚度1 cm, 等离子体上升时间0.04 ns 可以得到可观的130 GHz上转换波输出。

在介质阻挡放电系统中, 空气和氩气混合气体的实验条件下, 第一次实现了只具有一个单元结构的白眼斑图。 该斑图的结构从中心位置向外依次为: 中心点, 围绕中心点的环和环外六个点。 由于出现该单晶胞白眼斑图时的电压较低, 而本实验采用的水电极中的水的比热容大, 具有良好的吸热性, 这使斑图在放电过程中放电气隙间的气体的温度没有升高, 并且放电现象没有发生变化。 因此在实验过程中, 单晶胞白眼斑图在长时间放电的情况下并没有使其等离子体状态发生改变。 由普通照相机所拍摄的图片可以看到, 单晶胞白眼斑图的中心点, 围绕中心点的环和环外六个点的亮度有明显不同。 在不同压强下该斑图的稳定性有所不同, 并且中心点, 围绕中心点的环和环外六个点的亮度随压强的变化有所不同。 鉴于此, 本实验采用了发射光谱法, 研究了单晶胞白眼斑图中不同位置处(中心点、 环及外围六个点)的等离子体温度随压强的变化关系。 其中, 分子振动温度使用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线来计算; 电子激发温度利用氩原子763.26 nm(2P6→1S5)与772.13 nm(2P2→1S3)两条谱线强度值进行比较的方法进行研究; 电子密度利用氩原子696.57 nm(2P2→1S5)谱线的展宽来测量。 发现在同一实验条件下, 单晶胞白眼斑图的中心点的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度均最低, 环外六个点相应的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度次之, 环相应的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度均最高; 随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa, 单晶胞白眼斑图不同位置处的电子密度增高但分子振动温度和电子激发温度均降低。 本实验结果有助于进一步研究自组织斑图形成的机制。

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜，运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断，研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明: 磁场由发散场向收敛场转变时，离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大，刻蚀效果逐渐增强; 当工作气压由低气压向高气压变化时，等离子体参数先增大后减小，CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。

采用光谱法, 研究了氩气/空气混合气体介质阻挡放电中蜂窝斑图形成过程中等离子体参量的变化。 实验发现, 随着电压的增加, 放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后, 形成了蜂窝斑图。 利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线、 氩原子763.26 nm(2P6→1S5)与772.13 nm(2P2→1S3)两条谱线强度比法和氩原子696.57 nm(2P2→1S5)谱线的展宽, 分别研究了上述三种斑图的分子振动温度、 电子激发温度和电子密度。 结果发现: 蜂窝斑图的分子振动温度和电子激发温度均高于六边形点阵斑图相应的温度, 但其电子密度却比后者的电子密度低。 实验还通过电容法, 测量了放电斑图的放电功率, 发现蜂窝斑图的放电功率远远高于六边形点阵斑图的放电功率。 工作结果对于研究介质阻挡放电自组织斑图的形成机制具有重要意义。

为了减小测量误差, 采用改进的Boltzmann方法和Lorentz函数拟合方法, 迭代计算得到黄铜等离子体的电子温度是6051K, 拟合Cu Ⅰ324.75nm得到等离子体的电子密度是3.3×1017cm-3。结果表明, 经过9次迭代, 电子温度的线性相关系数由0.73提高到0.98; 经过15次叠加, 电子密度的拟合相关度由0.90提高到0.96。这一结果对于精确求解等离子体的特征参量是有帮助的。

等离子体光子晶体是等离子体学科和光子晶体学科交叉的产物,它不仅具有一般光子晶体的性质, 而且还体现等离子体的特性,通过改变等离子体参数或外加磁场可有效控制其带隙。若在可调带隙的等 离子体光子晶体中构造适当缺陷,则可形成可调滤波器和波导等器件,在工程方面具有重要应用。 结合本课题组工作,综述了等离子体光子晶体的研究进展,在此基础上,展望了等离子体光子晶体的发 展前景,为人们进一步研究等离子体光子晶体的特性和应用提供参考。

采用PLASIMO程序模拟了入口处Ar流速对多级弧放电产生的非热平衡Ar等离子体特性的影响。模拟结果发现：从入口处到出口处，沿中心轴线，压强逐渐降低，电子平均能量基本保持不变。当流速一定时，从器壁到中心轴线处，电子数密度呈增大趋势；从入口处到出口处，电子数密度呈先增大后减小的趋势；当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时，电子数密度最大值分别为10.13×1021,16.31×1021,18.98×1021和26.33×1021 m-3；随着流速的增大，其电子数密度逐渐增大。当流速一定时，从器壁到中心轴线处，电子温度逐渐增大；从入口处到出口处，电子温度呈先增大后减小再增大的趋势，并在中心轴线处距入口55～60 mm有最大值，当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时，其最大值分别为1.299,1.234,1.157和1.132 eV；由于入口处和器壁处的电子温度都为0.517 eV，所以随着Ar流速的增大，其电子温度逐渐减小。当Ar流速一定时，从器壁到中心轴线处，离子温度逐渐增大；从入口处到出口处，离子温度呈先增大后减小的趋势，并且在中心轴线距入口20～30 mm离子温度取得最大值，当流速分别为50,100,150和200 cm3/s时，离子温度最大值分别为0.815 6,0.907 02,0.975 2和1.014 eV。随入口处流速的增大，电弧腔体内的离子温度逐渐增大。

本文是在复合泵浦类钠铜软X射线激光系统实验基础上,对该体系的等离子体参数、光谱结构进行测量和分析,给出了类钠铜离子粒子数反转,增益系数与等离子体参数及发射谱结构的内在联系。文中也给出了不同激光功率对各种等离子体参数、光谱结构的影响。