1 中国科学院微电子研究所， 北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术研究中心， 北京 100094
3 中国科学院大学， 北京 100049
利用流体模型对ArF准分子激光气体放电过程进行了数值模拟，通过对比不同初始预电离强度下的气体放电情况，分析了预电离效应对准分子激光系统放电特性的影响，并探究了不同气体参数下的预电离效果。结果表明，初始预电离强度对于极间击穿电压、ArF准分子的形成以及光输出特性均有显著影响。在保证均匀电场且有效放电的情况下，低的初始预电离强度难以“点燃”气体，但可以获得较高的激光输出能量，而提高初始预电离强度能有效降低击穿电压，却不利于气体对能量的吸收转化。此外，预电离效果受工作气压与F2比例的影响，气压的升高或F2浓度的增加，均会降低预电离的有效性。
准分子激光 气体放电 流体模型 预电离 击穿电压 excimer laser gas discharge fluid model preionization breakdown voltage
河北大学 物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
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。
空心阴极放电 流体模型 分步电离速率 电势 电子密度 hollow cathode discharge fluid model step-wise ionization rate potential electron density 强激光与粒子束
2018, 30(2): 024001
1 西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
2 北京应用物理与计算数学研究所， 北京100094
通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型，基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D，编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块，对1.3 GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明：微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下，等离子体发展为“蘑菇”形状, 输出微波脉冲缩短并不严重，等离子体吸收微波功率大于反射微波功率；面源分布下，等离子体发展为“帽子”形状，输出微波脉冲缩短严重，输出微波完全截断，开始阶段等离子体吸收微波功率占优，待等离子体密度增加到一定程度后，反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法，可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。
高功率微波输出窗 闪络 击穿 电磁场时域有限差分 等离子体流体模型 high power microwave output window flashover breakdown electromagnetic field finite difference in time do plasma fluid model 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033004
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
利用一维流体模型研究了放电泵浦ArF准分子激光动力学过程,得到气体放电过程中放电电路的电流电压波形,得到了电子密度、光子密度、电场的时空分布特性,分析了放电参数对激光输出的影响.结果表明,电路参数、工作气压、氟气比例均对激光输出有显著影响,放电电路中的电感值对输出影响较小,参数范围较广,而电路中较小的峰化电容值有利于获得长脉冲输出,气压太大或太小都会使输出能量降低,同样,氟气比例太大或太小也会使输出能量降低.
ArF准分子激光 流体模型 放电电路 电子密度 光子密度 ArF excimer laser fluid model discharge circuit electron density photon density 强激光与粒子束
2015, 27(8): 081006
重庆邮电大学 光电工程学院 光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室, 重庆 400065
微空心阴极放电是一种典型的非平衡高压微放电,可以在较低的放电电压下产生高浓度的稠密等离子体,研究潜力巨大.分析比较了目前主要的仿真模型:蒙特卡罗模型、流体模型、动力学模型(以粒子-蒙特卡罗模型为主)、混合模型和等效电路模型.这些模型均可以用于探索放电系统内部的发展规律:微空心阴极放电经历反常辉光放电、自脉冲和正常辉光放电三个阶段,最终达到放电稳态.其中自脉冲阶段等离子体密度达到峰值,是当前研究的热点.
微空心阴极放电 流体模型 粒子模型 放电模式 自脉冲 micro-hollow cathode discharge fluid model particle-in-cell model discharge mode self-pulsing
1 陕西动力机械设计研究所, 液体火箭发动机技术国防科技重点实验室, 西安 710100
2 航天推进技术研究院, 西安 710100
为了研究高速动态气流中的电子束等离子体特性,建立了一个由蒙特卡罗模型、多组分等离子体模型与计算流体力学模型组成的多阶段耦合数值模型,在临近声速气流条件下,对1.33×104 Pa空气电子束等离子体特性进行了研究。结果表明,电子束能量沉积具有极强的空间不均性,电子束激发下的风洞流场呈现不同的性质,亚声速流场下游边界区密度减小,而在超声速流场中可诱发弱激波;相比于静止气体,在动态气流中等离子体密度下降,且存在额外的输运行为,使其向气流下游输运,但在临近声速条件下,气流速度大小对气流下游等离子体分布的影响不大;电子束入射角对等离子体空间分布和大小均有影响。
电子束 等离子体 临近声速气流 流体模型 electron beam plasma near-sound-speed flow CFD model 强激光与粒子束
2014, 26(12): 129004
为了揭示微空心阴极放电的放电机理，利用流体模型研究了矩形微空心阴极放电的时间和空间分布特性。在氩气环境下计算得到了压强为1.3×104 Pa时电流、电势、电场、电子和离子密度等随时间的发展变化。结果表明，整个放电过程分为四个阶段，即预放电阶段、电场由轴向向径向转换阶段、电流缓慢增长向空心阴极效应过渡阶段和稳态放电阶段。稳态放电时出现明显的空心阴极效应，阴极位降区存在很高的径向电场和较高的电子平均能量，而负辉区径向电场很弱，电子平均能量较低，电子和离子密度峰值出现在负辉区，二者数值基本相等，而在阴极位降区离子密度远高于电子密度。
微空心阴极放电 流体模型 时空特性 电势 电子密度 离子密度 micro-hollow cathode discharge fluid model temporal and spatial characteristics electric potential electron density ion density 强激光与粒子束
2014, 26(5): 054004
1 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
3 保尔·萨巴蒂埃大学 等离子体与能量转换实验室, 法国 图卢兹 31062
采用2维自洽完全流体模型，数值研究了阳极为通孔的高气压微腔放电结构中等离子体参数的变化过程。模拟结果获得了当氩气压强为13.3 kPa时，放电中的电势分布、等离子体密度分布、径向电场分布和电子温度分布等重要参数的演化过程。模拟结果表明在放电过程中，阴极附近的电场由轴向电场逐步转变为径向电场，等离子体密度最大值位于放电腔中间处，并随时间推移由阳极附近向阴极附近移动，电子温度的最大值出现在阴极环形鞘层区域。
微腔等离子体 自洽流体模型 辉光放电 数值模拟 microcavity plasma self-consistent fluid model glow discharge numerical simulation
1 重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院,重庆 400067
2 西南大学 物理学与电子工程学院,重庆 400715
建立了二维超导光子晶体的物理模型，在超导二流体模型并考虑原子作非简谐振动情况下，用平面波展开法求出超导光子晶体的光子能带满足的方程.以YBaCuO超导光子晶体为例，探讨温度对它的光子能带结构的影响.结果表明：二维超导光子晶体在低温时具有较宽的禁带，且禁带宽度随温度的升高而变小.
超导光子晶体 温度 能带 二流体模型 非简谐振动 Superconducting photonic crystal Temperature Band structure Twofluid model Nonharmonic oscillation
