高气压低温等离子体中自由基的原位定量诊断对研究及改进等离子体工艺过程,探索等离子体微观反应机理具有重要意义,也是该领域的难点之一。光腔衰荡光谱技术是国际上新近发展起来的高灵敏度吸收光谱技术,具有极高的检测灵敏度(可达ppt级)和光谱分辨率以及可绝对定量测定、对被测体系扰动小等优点,非常适合于对等离子体中活性物种的绝对浓度进行原位定量测定。近年来随着体积小巧的二极管激光器的发展,连续波光腔衰荡光谱技术逐渐引起了人们的重视,并极有希望在不久的将来发展成为一种标准在线检测仪器。我们正建立此装置并拟对在降解室内及工业排放的挥发性有机废气等方面具有重要应用前景的大气压介质阻挡放电等离子体以及在等离子体消毒等领域前景广阔的微波等离子体中起重要作用的OH、HO2、HCO等自由基进行国际上首次光腔衰荡光谱原位定量诊断研究,探索提高某种特定自由基浓度的方法和添加物,并建立相应的自由基反应动力学模型。
建成了国内首台应用于等离子体诊断的连续波光腔衰荡光谱装置,在国际上首次采用光腔衰荡光谱技术对介质阻挡放电等离子体中的自由基进行了原位定量在线检测。得到了电子基态OH和HO2自由基的绝对浓度以及放电期间自由基浓度的时间变化。研究成果已在J. Phys.D: Appl. Phys.发表。采用发射光谱技术,选择氢分子的 Fulcher-a发射谱带,首次测量得到了介质阻挡放电等离子体中基电子态氢分子的振、转温度(Eur. Phys. J. D 46, 103-109,2008)。采用发射光谱技术,利用氩作为内标气体,在考虑电子直接激发和激发态氢原子和氩原子被氢分子淬灭的条件下,首次对介质阻挡放电等离子体中氢气的解离率做了计算。这一结果已在J. Phys. D: Appl. Phys.上发表。采用三级差分抽气分子束质谱技术,首次对亚大气压介质阻挡放电氮等离子体微放电细丝中的活性物种进行了诊断研究