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。

利用流体模型模拟研究了氦气空心阴极放电的时空动力学过程, 计算得到了不同放电时刻电子和亚稳态氦原子密度、电势、电场、基态电离速率和分步电离速率等的时空分布特性。特别是讨论了亚稳态原子和分步电离对于放电的影响。结果表明, 随着电流的增长, 放电处于五个不同的放电模式: 第一阶段电流上升非常缓慢, 为汤生放电模式, 带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场均很弱; 第二阶段电流迅速上升, 放电模式由汤生放电向空心阴极放电过渡, 带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场迅速增强; 第三阶段达到准稳态阶段, 放电电流增长速度变缓, 形成了明显的阴极鞘层结构; 第四阶段为空心阴极效应形成阶段, 向稳态阶段过渡; 第五阶段为稳态放电阶段。研究结果同时表明, 亚稳态氦原子和分步电离在放电的初始阶段对于放电的发展作用较弱, 在前三阶段中, 电子的产生以基态电离为主。随着放电的发展, 由亚稳态原子引起的分步电离对新的电子产生的作用逐渐接近并超过基态电离, 对总电离的贡献率越来越高。

在针-针电极结构的放电装置中以环境空气作为工作气体, 大气压下产生了刷形等离子体羽。 尽管使用的是直流电源, 但放电发光呈现出脉冲性质, 发光脉冲频率几乎不受气体流速的影响, 但与电源输出功率成正相关关系。 等离子体羽的长度与气体流速或者电源功率成正相关关系。 通道出口附近, 7774 nm的氧原子谱线强度分布是非对称的, 阴极附近处的谱线强度高于阳极附近处的谱线强度。 远离通道出口位置, 谱线强度逐渐趋于轴对称分布。 电学特性和10 μs曝光高速影像结果表明, 空气等离子体羽实际上是由拱形放电丝在远离通道出口的运动过程中叠加而成, 同时放电从弧光放电丝向均匀辉光放电转化。

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景, 为研究其产生条件及机理, 利用微间隙介质阻挡放电装置, 在大气压空气中实现了均匀放电。 电学实验结果表明, 低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲, 肉眼观察到大量的微放电丝, 随着外加电压增加, 放电功率逐渐增加, 放电空间内微放细丝增多。 当电压增大到9.2 kV时, 电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5 μs)强度较强的脉冲, 观察不到微放电丝, 微放电最终扩展叠加形成均匀放电。 采集了光谱范围为330～420 nm的发射光谱, 氮分子第二正带系337.1 nm的谱线强度明显比氮分子离子第一负带系391.4 nm的强。 将337.1 nm谱线的强度归一, 391.4 nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小, 同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。 结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。 表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电, 均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。 这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。

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。

利用发射光谱法, 研究了圆柱型空心阴极放电条纹的特性。 测量了条纹区的发射光谱, 在此基础上计算得到了电子激发温度、 相对电子密度和电子平均能量的空间分布特性。 结果表明条纹区的光强、 电子激发温度和电子密度均呈非等幅的周期性变化。 与暗纹中心处相比, 明纹中心具有较高的电子激发温度和较低的电子密度。 由阴极向阳极, 明纹中心处的电子激发温度幅值逐渐减小。 此外, 条纹区的电子激发温度随着电流的增加而增加。

利用U型管圆锥泡声致发光装置, 测量到了丙三醇溶液中圆锥泡声致发光的光谱和光脉冲。 结果表明, 测量得到的发光光谱为光滑的连续谱, 且与理论模拟得到的黑体辐射谱相吻合, 拟合温度分布于2 600～3 500 K范围内。 文章从空间和时间两方面分析了圆锥泡空化发光中存在黑体辐射的原因： 较大的气泡体积(气泡塌缩半径为1.4 cm)与较长的发光时间(几十微秒)。 另外, 实验研究表明随着发光波长的增长, 光脉冲宽度变宽, 从而进一步证明了圆锥泡声致发光中的黑体辐射机制。 最后, 利用测量得到的发光光谱和脉冲计算得到了发光光强为0.18 J, 远远高于其他方式得到的声致发光光强。