利用自行搭建的LIBS装置对原铝中硅铁含量进行了分析测试, 测试前对原铝试样进行了微观形貌分析, 研究发现原铝中硅元素除有个别区域聚团现象外, 其分布相对较为均匀; 铁元素多以团状汇聚形态出现, 且无明显的分布规律。 实验分别考察了激光脉冲能量对激光诱导原铝等离子体光谱的影响, 发现随着激光脉冲能量的增大, 硅、 铁元素信噪比先增加后减小, 硅、 铁谱线信噪比最大值均出现在160 mJ处, 实验选取的激光脉冲能量为160 mJ。 在上述较为合理的实验条件下, 以内标法为基础, 分别采用两种标样(纯铝标样与自选标样)建立了定标模型; 结果表明: 相比于纯铝标准试样, 采用自选试样建立的定标模型不够理想, 且数据的离散程度较大, 铁元素直线拟合优度仅为0.921 3, 相对标准偏差也较大。 采用纯铝标样时, 在试样不旋转的情况下, 硅、 铁元素定标曲线拟合优度分别为0.961 1与0.974 1, 相对标准偏差分别为8.85%与9.43%, 且误差棒显示误差随定标试样的硅、 铁含量升高而增大。 当试样台保持转速50 r·min-1条件下进行实验, 发现硅、 铁元素定标曲线的拟合优度分别为0.978 5与0.988, 相对标准偏差分别为3.78%与3.4%, 相比于试样平台固定情况下的定标结果, 拟合优度明显改善, 相对标准偏差也有所降低, 定标模型明显优于自选试样建立的模型。 使用两种定标模型对25个测试样进行了分析测试, 比较了两种测试结果的相对误差, 纯铝定标试样由于含量梯度较大, 跨度较宽, 采用该标样建立的定标模型对低铁原铝试样测试适应性相对较差, 而自选试样建立的定标模型虽然不够理想, 但针对低铁原铝试样的测试适应性相对较好。 对激光诱导原铝产生的等离子体进行了诊断, 通过镁元素几条离子谱线的玻耳兹曼图, 计算出了等离子体温度约为9 163.63 K, 利用镁元素一条谱线的Stark展宽估算出等离子体电子密度为1.69ⅹ1017 cm-3, 验证了激光诱导原铝等离子体处于局部热力学平衡状态的假设是成立的。

基于电磁波与时变介质相互作用能够实现电磁波频率上转换的原理, 通过粒子模拟(PIC)方法对电磁波与时变等离子体薄层相互作用进行模拟, 实现了频率由2.45 GHz提升至130 GHz, 功率转化效率约为0.39%。探究了等离子体参数(包括等离子体密度、有限的等离子体上升时间以及等离子体薄层厚度)对频率上转换的影响。模拟结果验证了等离子体密度决定上转换频率, 与理论结果相符。模拟结果表明, 等离子体薄层厚度越大, 得到的上转换波的能量越大; 等离子体的上升时间越小, 上转换波的转换效率和频谱纯度越高。采用等离子体密度2×1020 cm-3, 等离子体厚度1 cm, 等离子体上升时间0.04 ns 可以得到可观的130 GHz上转换波输出。

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。

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜，运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断，研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明: 磁场由发散场向收敛场转变时，离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大，刻蚀效果逐渐增强; 当工作气压由低气压向高气压变化时，等离子体参数先增大后减小，CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。

等离子体光子晶体是等离子体学科和光子晶体学科交叉的产物,它不仅具有一般光子晶体的性质, 而且还体现等离子体的特性,通过改变等离子体参数或外加磁场可有效控制其带隙。若在可调带隙的等 离子体光子晶体中构造适当缺陷,则可形成可调滤波器和波导等器件,在工程方面具有重要应用。 结合本课题组工作,综述了等离子体光子晶体的研究进展,在此基础上,展望了等离子体光子晶体的发 展前景,为人们进一步研究等离子体光子晶体的特性和应用提供参考。

在氩气和空气混合气体介质阻挡放电中, 首次发现了团簇六边形斑图。 运用发射光谱法, 研究了此斑图中单个团簇的三种等离子体参数: 分子振动温度、 分子转动温度以及电子的平均能量随空气含量的变化。 实验通过测量氮分子光谱并采用氮分子第二正带系(Ｃ ３Πｕ→Ｂ ３Πｇ)计算了振动温度; 同时采集氮分子离子(N＋２)的第一负带系(Ｂ ２Σ＋ｕ→Ｘ ２Σ＋ｇ)计算转动温度。 利用氮分子离子391.4 nm和激发态的氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比, 作为研究电子平均能量的变化的依据。 结果显示, 当混合气体中空气含量从16%逐渐增大到24%时, 三种等离子体参数均逐渐增大。

依据微空心阴极自持的辉光放电结构，设计了一款新颖的微小放电结构。用空气进行了有关的放电实验，稳定的直流辉光放电，放电气压最大能够达到66．7 kPa。放电的伏安特性具有正的斜坡，放电能够稳定地运行，而不需要个体镇流电阻。在气压为40 kPa和放电电流为60 mA时，放电等离子体中的电流密度估计为0．048 A／cm²，功率密度估计为52．8 W／cm³，电子密度估计为2．7×10¹³cm^－3。实验结果表明：这种高气压、大体积、高电子密度的放电等离子体能够用作小型激光器的工作介质。

计算了10 Hz、 140 fs、 50 mJ、 800 nm圆偏振光场电离产生的类镍氪等离子体参数, 着重研究了电离激光强度对等离子体参数的影响, 并由此确定了适合于电子碰撞激发类镍氪31.9 nm超紫外(XUV)激光系统的最佳激光强度。

本文是在复合泵浦类钠铜软X射线激光系统实验基础上,对该体系的等离子体参数、光谱结构进行测量和分析,给出了类钠铜离子粒子数反转,增益系数与等离子体参数及发射谱结构的内在联系。文中也给出了不同激光功率对各种等离子体参数、光谱结构的影响。