第30卷，第7期 2010年7月
光诺学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 30, No. 7; pp1952-1955
July，2010
光学发射光谱法测量氩气微空心阴极放电中特性参数
夏广庆，NaderSadeghi
1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，运载工程与力学学部，航空航天学院，辽宁大连
116024
2.光诺物理实验室，约恶夫·傅里叶大学&法国国家科学研究中心，38041，格勒诺布尔，法国
摘要针对微空心阴极放电（MHCD)装置，通过在氢气中添加少量氮气，分析氮分子第一正带系N：（B"IⅡgA+）发射光诺的方法测量了MHCD中的气体温度，通过氢气中混有的少量氢气，分析Hs谐线Stark 加宽得到电子数密度。研究表明，MHCD在极小的体积和很高的功率密度下维持放电，致使发生了明显的气体加热现象，气体溢度可高于700K，并且随着放电室压强和放电电流星有规律的变化，具有较好的可控性，电子数密度的量级为10"~101"cm"3。通过对不同条件下等离子体待性参数的诊断和分析，得到了其量
级和变化规律，对MHCD的广泛研究和应用提供了重要的实验数据和技术支持。关键词微空心阴极放电；转动温度；气体温度；电子数密度；光学发射光谱
中图分类号：0461.2
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn.1000-0593(2010)071952-04
了仪器加宽（Wp），多普勤加宽（WD）和压力（范德瓦耳斯）加宽(W）对测量结果的影响。本文重点研究了不同压强(8X10~4X10*Pa)和放电电流（1~3mA)条件下的MH
微空心阴极放电（MHCD)是在钻有直径为几十微米到几百微米孔的阴极-电介质-阳极之间产生和维持稳定的高气压放电。阴极和阳极的厚度为几百微米，材料多选用钼，电介质的厚度亦为几百微米，常选用云母或三氧化二铝，MH CD的运行功率很低，仅为儿百毫瓦～几瓦。由于MHCD具有较高的电子数密度，高气压下放电有利于三体碰撞形成准分子，产生紫外(UV)或真空紫外辐射(VUV)，因此MHCD 技术潜在的应用领域包括电子源，等离子体显示，光探测器，材料表面处理，除菌等-)，MHCD结构尺寸很小，因此
放电功率密度较大
，由于放电运行在高气压条件下，粒子闻
碰撞剧烈，
能持转换赖
显的气体加热效应还少有报道
：用此可以推新MH
中具有邮
前：子M用中气体温度的速车
等在纯氮气中测量了气体温度4
由于气体温度和电子数密度对MHCD的工业应用至关重要，
些重要的等离子体特性参数以及其随实验条件的
为了明晰这些
变化规律，论文中利用光学发射光谱的方法，将少量的氮气（典型值为1%)添加到放电气体氢气中，通过分析氮分子第-正带系N（B"ⅡA+）的发射光谱而得到气体温度，并为电子数密度的精确测量提供参数和依据。放电中的氢气来自于抽气泵中油蒸气的分解，为了得到更为精确的电子数密度值，除了分析与电子有关的Stark加宽(Ws)机制外，还考虑
CD中气体温度和电子数密度。
实验装置与测量方法
实验装置如图1所示。MHCD钼阴极和阳极的厚度均为100μm，三氧化二铝电介质厚度为250μm。电极和电介质间钻有直径为100μm的微孔。放电中的发射光谱通过焦距为30mm的透镜会聚后，进入焦距为1m，光栅1200刻槽·mm-的单色仪（JobinYvonHR1000），用计算机采集。实验中选用氢气为工质气体，压强变化范围（8×10~4× 10*Pa)。阴极需串联镇流电阻(R=500kQ)，以避免击穿过程中由于瞬间高电流而损坏电极，电压由直流电源提供，阳极串联测量电阻(R.=100Q)后接地。放电电压(V,)和放电电流(V./R.）)均通过示波器直接测量，
通过分析氮分子第—正带系N（B'Ⅱ,A+)的发射光谐得到转动温度，之所以使用氮分子发射光谱进行气体温度的诊断，原因是该谱带已经在多种放电条件下被研究，而且述该跃迁的分子常数已明确得知，因此该谱带的模拟可以精确计算得出(5.6
。双原子N分子可以成功的用于高气压条
件下气体温度的评估)。假定发射的N：分子可以用具有单一转动温度的Maxwell-Boltzmann分布来描述，该温度可以
收稿日期：2009-08-26，修订日期：2009-11-28
基金项目：大连理工大学引进人才启动基金项目(3014-893309)和国家留学基金委资助项目([2006J3074)
作者简介：夏广庆，1979年生，大连理工大学航空航天学院讲师万方数据
e-mail gq xia@dlut, edu, cn