第31卷，第9期 2011年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
发射光谱法研究无极灯等离子体参数分布王长全，张贵新，王新新，邵明松，董晋阳，王赞基
清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084
Vol. 31, No. 9, pp2533-2535
September，2011
摘要使用电感耦合放电装置和拍型明泡，以氢-汞混合气体作为工作气体，在低气压下点亮了无极灯。利用发射光谱法，研究了无极灯点灯5s时的电子温度和电子密度随轴向和径向位置的变化规律。等离子体电子温度变化通过分析Ar原子425.9和750.4nm谱线强度比值获得，等离子体电子密度的变化通过分析 Ar原子750.4nm谱线强度变化得到。实验发现泡体内的不同位置等离子体电子温度和密度不同。当轴向距离增加时，电子温度先慢增加后减少再迅速增加面后减少，电子密度先迅速增加后快速减少再缓慢增加而后减少；当径向距离增加时，电子温度先增加到平稳区而后再增加，电子密度逐减少。
关键词无极灯；电子温度；电子密度；发射光谱
中图分类号：TM835.4，O433.1
引言
文献标识码：A
无极灯由于具有高光效、长寿命、无频闪等优点，已被应用于道路照明、分析化学、灭菌消毒及污染控制等领域13)。关于无极灯的研究，以往主要集中在电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma，ICP）放电机理方面，而对无极灯中等离子体参数的分布规律的研究较少，但近年来，由于能源危机和环境恶化等问题，节能环保的无极灯重新引起了人们的重视"。
电子温度和电子密度是等离子体的重要参数，决定着等离子体的应用领域和等离子体加工的效果。以往测量无极放电的等离子体参数常使用Langmuir探针和吸收光谱的方法直接测量(%.7)。但Langmuir探针会对等离子体产生干扰造成测量误差，而且某些商业设备或产品无法采用探针测量；吸收光谱可采用意光器的方法测量无极灯等离子体参数，但是需要较复杂的光路控制设备且测量的等离子体参数范围较窄。因此采用发射光谱法诊断等离子体参数获得广泛的应用*10]。目前还未见采用发射光谱法对无极灯等离子体参数进行诊断分析的报道，因此本工作采用光谱法，研究了无极灯泡体内等离子体电子温度和电子密度随轴向和径向位置的变化规律。
实验装置 1
试验装置如图1所示。市电通过高频发生器（或电子镇
DOI: 10. 3964/j. issn 1000-0593(2011)092533-03
流器)产生2.65MHz左右的高频电流，该电流通过高频馈线（同轴电缆）流过耦合器线圈，产生的电磁场激发泡体内的 Ar-Hg混合气体放电产生等离子体，实验中，泡体内填充18 Pa的氢气和少量的Bi-ln-Hg高温汞齐。为防止荧光粉对放电的影响，实验中采用未涂荧光粉的透明泡体进行实验。采用外径为4mm，内径为2.5mm的刚玉陶瓷管控制光纤探头接收光的部位，以实现定点测量发射光谱谱线强度。高频发生器输出频率约为2.65MHz左右，且可实现阻抗的自动匹配。高压探头(TektronixP6015A，1000：1)用来测量高频发生器的输出电压。耦合器线圈电流通过电流探头（Tektro-nixTCPA300，100MHz)获得。电压和电流信号由数字示波器（TPS213，Tektronix)记录并存储.放电等离子体发出的
30cm
Ai,o,
730
? AC220V
串
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80g 888 Poc
Fig1
Schematic diagram of the experimental setup
收稿日期：2010-11-01，修订日期：2011-03-25
基金项目：国家自然科学基金项目（50477005)和中国博士后科学基金项目(20100480255)资助
作奢简介：王长全，1973年生，清华大学电机系博士后万方数据
e-mail; wangchangquan@tsinghua, org. cn, wangchq48@163. com