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维普资讯 1998年 10月 西北大学学报(自然科学舨) 0ct． 1998 第 28卷第 5期 JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition) V0l_28No．5 矩形玻璃放电管RF放 电的研究 ／ ， j|1卜十 刘玉华” 唐令西 (1)佛山大学物理学系．528000，广东佛山；2)西北大学物理学系，710069，西安}第一作者 35岁．女，讲师) 摘 要 根据Hall的放电模型讨论 了RF高频放电辉光特性，时 2mm ×2．25mm ×71mm 矩形玻璃放 电管 RF放电中最佳匹配 网络进行 了实验研究 。观察到放 电辉光 圈纹 ，可作为 RF 激励波导激光器设计 的依据 。 姜分类萎号-TTNN224488．电22兰 。匹配罔锣兰Il^三，效率 ，；(巨～形‘，l／]举，1l破八／屯u一叫、新f 。 … ． RF激励波导激光器是近 1O余年新涌现出来的一类器件。RF激励的激光器系统较DC激励具有着 火电压低、易于建立和维持放 电、器件结构紧凑、体积小、效率高、寿命长等优点。故被广泛用于工业、医 学及军事等领域。当两个 电极间有高频 电场存在时(无论电极是摆在管外或管内)。所引起的放电形式 称为高频放电。其频率范围一般在 IMHz至 1OOMHz(我们所研究的RF放电频率约为 95MHz)。如果我 们用低频交流电源代替直流电源，则气体放电的外观基本上与直流放 电一样 。只是放电电流方向发生周 期性变化，存在明显的阴极位降区，正柱区和阳极位降区。提高电源频率。由于电极间的高频交变电压， 电子快速地来 回运动，使之与气体粒子碰撞的次数剧增 ，其电离能力也大大加强 。这样 ，用以维持放 电所 需要的新电子完全 由电子与气体粒子的碰撞电离来产生，而 电极上的过程 (如离子轰击阴极产生二次电 子发射)不起作用；另一方面，正离子由于其漂移率很小，可以近似认为它在空间是不动的，它的作用差 不多完全在于形成空间电荷电场，这个空间电荷电场叠加在迅速变化的高频外 电场上 。井决定放 电各部 分的位置。由于外电场变化的周期小于放电空间电离和消电离时间，于是当外加电压周期性变化时，两 个 电极不再是交替地作为阳极和阴极 ，放电空间形成的电荷在电场方向改变时，尚未消 电离 ，也来不及 重新分布 就·台发生一些与直流放电完全不同的现象。即整个放电空间稳定在一种不变的放 电形式—— 正柱辉光区分布在管子中间部分 ，在它的两边有法拉第暗区，而靠近每个 电极附近的则有负辉 区。所以， 可以看到高频放电可因交变很快的电场的存在而产生，这种电场不论是用什么方法产生的，也不论有无 阴极发射电子，都能引起气体电离。另外，在放电过程中形成的空间电荷，当电场改变时来不及重新调 整 ·基于以上两方面原因。高频放 电着火电压一般要比直流放电的着火电压低得多 由于在高频放 电中。 电极的作用不大 ．因此高频放电可以是内电极 、外 电极的高频放电。甚至是无 电极的所谓的无极环形放 电。内电极高频放电，放电管结构与直流气体放电的结构一样，阴极和阳极都安装在管内；外电极高频放 电，电极都安装在管外 ；无 电极高频气体放电，将一螺旋状线圈套在放电管外，利用高额磁场来驱动气体 放电．这种放电呈环形 同心圆的发光分布。 1 RF放 电模型 D．R．Hall通过对 中等气压下 RF放 电的观察，得到一系列在不同输入功率下的可见光辐射，结果 如图1。从图中我们可以看到RF放电的几个明显特性 ：①放电产生的光辐射强度沿平行于外加电场 的方向变化，并且对称于电极间的中心线；②接近电极有一个暗区，当RF输入功率变化时，它几乎保持 常数，其值大约为 0．15ram+ 0．02ira；③在暗区内侧，光强迅速升到最大，亮区中心(即最大值处)距