在线化学分析需要实现开放环境下的样品取样和电离/激发。 相比于激光切削或者激光诱导击穿, 大气压微等离子体系统结构简单, 更利于小型化。 因而基于大气压微等离子体的在线化学分析技术引起行业的广泛关注。 为了确定合适的微等离子体源进行样品的在线元素检测, 需要进一步了解各放电模式及工作参数下微等离子体的自身特性以及取样效果。 该工作主要研究了电弧及辉光放电微等离子体在大气压下对样品铁取样发射光谱的特性。 实现了在开放环境下对高熔点金属样品的在线检测, 并发现电弧放电微等离子体与光谱分析源联用具有更高的取样效率。 高采样效率的电弧放电微等离子体源为实现金属及难解离样品的检测提供了一种新的方法。 同时, 相较于传统的取样装置, 避免了复杂的样品制备、 样品传输过程。 实验装置采取简单的针对板放电结构, 分别利用高压脉冲电源、 直流电源获得电弧放电和辉光放电。 实验的结果表明, 在放电功率近似相等的条件下, 电弧放电产生的微等离子体对样品铁取样的光学发射谱中, 样品元素的特征谱线占据主导地位, 同时伴随有空气中氮气的谱线, 而且铁离子(FeⅡ)谱线的相对强度显著高于氮气分子谱线的相对强度。 而在直流辉光放电中, 样品铁原子(FeⅠ)谱线相对强度非常不明显。 由此说明, 电弧放电产生的微等离子体具有更高的采样效率。 放电在样品表面留下的溅射坑也得出了相同的结论。 增加辉光放电电流到25 mA, 发现样品元素铁的谱线仍然没有明显的增强。 同时, 也研究了采样间距对两种采样模式的影响。 实验结果表明, 间距对两种模式的采样光谱没有显著的影响。 采用主要成分为铝的合金铝箔进行了上述对比实验, 得出相同的结论, 即电弧放电微等离子体更适合作为光谱分析源来实现对金属样品的实时快速检测。

等离子体与电磁波的相互作用, 主要体现在等离子体对入射电磁波的反射、吸收、色散和调制上。介绍了等离子体的特点及等离子体对电磁波传输的影响, 利用有限时域差分法(FDTD)建立了模型, 调整等离子体的主要表征参数, 模拟分析了均匀/非均匀等离子体圆柱对入射毫米波的散射物理机制和传输特性影响。结果表明, 等离子体密度决定其频率和碰撞频率, 而等离子体的频率和碰撞频率是影响其电磁散射特性的主要因素。

模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响，并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明: 电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向; 等离子体频率越大，散射的微波功率越强; 增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度，才能对微波反射产生较大影响。

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。

提出一种基于微放电等离子体的微带开关。它是以“时变等离子体”取代微带线射频微机电开关的“金属悬臂”, 利用等离子体的导体或介质特性使电磁波沿其表面进行传输或截止, 从而实现微带线上电磁波传输的动态控制。等离子体微带开关的基本结构包括用以隔断电磁波的微带间隙和产生片状等离子体的放电装置。放电产生时, 电磁波因等离子体导体性通过开关, 形成“开”状态；放电停止后, 电磁波被微带间隙反射, 形成“关”状态。利用CST软件仿真研究了等离子体开关特性, 结果表明: 这种开关的带宽由等离子体密度决定, 隔离度由间隙决定, 而工作插损与等离子体密度和电子碰撞频率有关。等离子体位形(宽度、厚度等)对于开关性能也非常重要。