諧振腔耦合微波等離子體的光譜輻射研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計，照明用電量約占一個國家總耗電量的15％到25％，隨著人類對環(huán)保和節(jié)能意識的不斷增強，照明的節(jié)能和環(huán)保成為了一個重要的研究方向。微波光源具有長壽命、高光效的特點，使其成為國際科技界研究的熱點。在微波光源的研究中，光譜輻射的研究具有重要意義。通過對光譜輻射的研究可以得到整個放電過程產(chǎn)生和維持的機理，結(jié)合對不同功率條件的分析和模擬，從而探討微波等離子體光譜輻射的制約機制，為設(shè)計提高微波光源的效率而提供合理的參數(shù)條件，實現(xiàn)不同條件下的最

2、優(yōu)化設(shè)計。 等離子體的溫度輪廓對研究光譜輻射有重要作用，本論文采用Boltzmann斜率法對微波硫等離子體的溫度輪廓進(jìn)行了測量，測量結(jié)果表明諧振腔耦合微波等離子體的溫度最高值并不在軸心處，輸入功率越高則溫度最高值偏離軸心越遠(yuǎn)。通過迭代計算和電磁能量Joule加熱的耦合方程來解Elenbaas-Heller能量平衡方程，可以對等離子體的溫度輪廓進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明在高氣壓條件下微波能量主要集中在管壁附近的表層中，通過粒子間的碰撞

3、、激發(fā)將能量傳遞到等離子體內(nèi)部。通過實驗結(jié)果和理論模擬的比較，可以看到理論模擬和實驗結(jié)果的變化趨勢一致，但模擬數(shù)值要比實驗值低700K左右。 在溫度輪廓計算的基礎(chǔ)上，本論文還對微波硫等離子體的光譜輻射進(jìn)行了理論模擬，根據(jù)輻射能量轉(zhuǎn)移方程和譜線放寬輪廓理論對硫分子的光譜進(jìn)行模擬，得到了與實驗結(jié)果相符的結(jié)果。通過模擬來尋找不同功率條件下微波硫等離子體光譜輻射最佳的泡殼直徑設(shè)計和充填量選擇曲線，通過與實驗情況對比得到了一致的結(jié)果。在微

4、波功率減少時，泡殼直徑幾乎呈線性變化，而充填量的變化相對要小些。通過這樣的設(shè)計可以有效提高微波光源的系統(tǒng)光效。 研究了InBr作為大功率微波光源的可行性，實驗發(fā)現(xiàn)InBr作為微波光源可以提供高品質(zhì)的白光，但發(fā)光的光效會降低很多。在實際的設(shè)計中，與微波硫燈不同，改變功率容易引起光源發(fā)光的不穩(wěn)定閃爍，因此需要很好地設(shè)計光源的功率控制，并必須根據(jù)光源的功率和泡殼直徑燈參數(shù)設(shè)計InBr的充填量來保證正常工作。 通過對InBr啟動

5、光譜的研究，得到了啟動過程的基本規(guī)律，從整個啟動過程中光譜輻射可以看出，發(fā)光物質(zhì)氣化的快慢將直接影響啟動性能。研究了InBr放電的光電參數(shù)特性，控制放電的功率和溫度輪廓將對光源的性能有至關(guān)重要的作用。還對其它的發(fā)光物質(zhì)進(jìn)行研究，并對其應(yīng)用前景作出了評價。最后對諧振腔耦合微波等離子體的啟動過程進(jìn)行了研究，通過等離子體擊穿和上升過程的理論分析和實驗測量來分析各種緩沖氣體的啟動特性。為了減少微波能量對微波器件的沖擊，要求微波等離子體的啟動過程