大气压等离子体射流照射位置与压强关系

前面的结果指出可见光确实能够缩短等离子体射流的击穿延时。为了对这种物理现象有更深入的了解，鉴于2.5.1节中指出的可见光对放电延时的影响与气流速度并没有关系，对图2.5.2中的射流装置进行改进，将出气端与分子泵相连，将射流装置改进为气压可控的真空放电系统。一方面可以快速地对装置进行洗气、换气操作，减小周围空气的扩散作用对放电的影响；另一方面可以改变气体压强及气体组分。洗气时，整个装置的气压最低抽到5×10-2Pa。

下面给出可见激光对放电延时的缩短效应与其照射的位置以及气压的关系。外加可见波段的单色激光波长为404nm、532nm、662nm。放电管的一端与真空分子泵相连，以确保不受周围空气扩散的影响，并且方便调控管内气体组分。放电管的内径和外径分别为1.5nm和3mm。

99.999%的氦气被用作工作气体，施加的电压幅值、频率及脉宽分别为8kV、8kHz、2μs。图2.5.4（a）为三种激光分别打在Xa、Xb和Xc位置（如图2.5.2（a）所示）时，对应的击穿延时变化情况。图2.5.4（b）为气体压强分别为2×103Pa、3×104Pa及9×104Pa时，施加三种激光后的放电延时情况。

图2.5.4　蓝、绿、红三种激光对击穿延时的影响[19]

（a）激光分别照射在介质管的Xa、Xb、Xc位置，气压固定在9×104Pa；（b）气压分别为2×103Pa、3×104Pa、9×104Pa，激光照射在Xa位置(www.xing528.com)

从图2.5.4（a）中可以看出，三种不同波长的激光对击穿延时有不同程度的缩短作用，并且波长越短，光对放电延时的缩短作用越明显。另外，光对放电延时的缩短作用与光所照射的位置有着密切的关系，当光加在Xa位置，即高压电极附近时，光对击穿延时的缩短作用最强。如当蓝色激光施加在Xa位置时，放电延时为40ms，比无外加光情况时小近4个数量级，绿色激光和红色激光大约减小近2个数量级；而当激光打在Xb位置即靠近地电极位置时，施加蓝色激光的放电延时大约减小2个数量级，绿色激光情况下，减小大约1个数量级，红色激光的作用就非常微弱了。当激光照射的位置持续后移到距离地电极3.5cm处的Xc位置时，只有蓝色激光仍然能够使放电延时减小1个数量级。

由于电子雪崩主要发生于高压电极附近，只有当有效电子出现在高压电极附近时，击穿发生的可能性才会更大，所以外加光施加在高压电极附近时，其对放电延时的减小作用更显著。

从图2.5.4（b）可以看出随着气压的升高，放电延时增大。不同气压条件下，404nm的蓝色激光都能缩短放电延时近4个数量级，而绿色激光和红色激光的作用相对较弱。

如上所述，可见波段的激光照射放电装置可以减小击穿延时。对应于实验中使用的三种激光波长404nm、532nm和662nm，其对应的光子能量分别为3.0688eV、2.3305eV和1.8728eV。这些光子能量明显远低于He、N2及O2的第一电离能（其对应的第一电离能分别为24.6eV、15.58eV及12.2 eV）。也就是说，实验中施加三种波长的激光不可能导致三种分子或者原子发生直接电离，从而促进放电击穿过程的发生。