孫殿平

(華東師范大學(xué) a.精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.物理與材料科學(xué)學(xué)院，上海 200062)

1 概 述

等離子體是 “物質(zhì)第四態(tài)”， 已被廣泛地應(yīng)用于激光器、光源照明、能源、物質(zhì)與材料加工、環(huán)保與宇宙科學(xué)、化學(xué)合成、表面處理、薄膜制備、閃電放電過程研究等諸多領(lǐng)域[1-12]. 因此其電子密度、粒子密度、溫度等參量的診斷成為物理學(xué)研究的重要課題之一[1,7].

研究等離子體參量有實(shí)驗(yàn)診斷、理論解析和數(shù)值模擬3種研究手段[13-18]. 由于等離子體中的物理化學(xué)過程極其復(fù)雜，使得理論解析以及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬很難準(zhǔn)確地獲得等離子體的各種參量，這就顯現(xiàn)了等離子體實(shí)驗(yàn)診斷的重要性. 常用的實(shí)驗(yàn)診斷手段主要有光學(xué)診斷技術(shù)、Langmuir探針[19]和質(zhì)譜技術(shù)[13].

光譜學(xué)診斷方法是用等離子體的發(fā)射光譜或吸收光譜診斷等離子體溫度、密度和化學(xué)組分等參量的方法[16-17]. 此法是在20世紀(jì)50年代初期由H.邁克等人較為系統(tǒng)地提出的[16]，起初應(yīng)用于天體物理和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室等離子體最早是從高溫聚變等離子體診斷開始的，后來又應(yīng)用于航天環(huán)境模擬、化工冶煉、熱加工和能源等方面的實(shí)驗(yàn)中.

等離子體發(fā)射光譜作為無干擾方法可用于多種等離子體物理特性的診斷，如等離子體的電子溫度、電子密度、激發(fā)溫度甚至某些動(dòng)力學(xué)過程. 針對(duì)高溫等離子體，其中的連續(xù)輻射光譜可用于電子溫度的測(cè)量[20]，線狀譜線的Stark效應(yīng)[21]可以用于電子密度的測(cè)量，而線狀譜線的強(qiáng)度分布可以用于激發(fā)溫度的診斷[22]. 針對(duì)低溫等離子體，上述效應(yīng)雖然較弱不足以可靠診斷等離子體，但也促進(jìn)了許多其他技術(shù)的發(fā)展，高分辨發(fā)射光譜的譜線線型分析[23]是等離子體中激發(fā)過程動(dòng)力學(xué)機(jī)理的一種有效分析手段.

在低溫等離子體診斷中，發(fā)射光譜學(xué)的早期應(yīng)用主要有兩方面，即刻蝕和沉積過程[24]的機(jī)理診斷以及非穩(wěn)態(tài)等離子體發(fā)光過程的時(shí)間行為分析. 瞬態(tài)等離子體的非平衡特性明顯，重新發(fā)展相應(yīng)的發(fā)射光譜診斷技術(shù)的分析理論顯得十分重要. 例如：利用譜線的Stark展寬測(cè)量電子密度的理論模型必須加以修正. 利用譜線的Stark移動(dòng)測(cè)量電場(chǎng)分布[24]的原理也需要改進(jìn). 利用分子光譜譜帶[25]分析實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量是發(fā)射光譜診斷的重要內(nèi)容，但是瞬態(tài)等離子體的非平衡特性使得傳統(tǒng)光譜模擬理論方法也必須加以修改.

發(fā)射光譜法由于儀器系統(tǒng)簡(jiǎn)單、選擇性好、適用范圍廣、環(huán)境條件要求低，可以作為一種便攜式在線無接觸診斷方法. 但是由于大量干擾譜峰的存在，在實(shí)踐中這種方法主要用于簡(jiǎn)單分子的等離子體診斷.

然而發(fā)射光譜的定量分析卻是一個(gè)難點(diǎn)，發(fā)展定量分析的理論和方法是十分必要的. 另外對(duì)于不發(fā)光物種的診斷是間接的. 可利用吸收光譜技術(shù)定量測(cè)量不發(fā)光物種成分、濃度、溫度等參量[26]. 20世紀(jì)60年代，開始用激光光譜診斷法對(duì)等離子體狀態(tài)和輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[8,27].

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置

常見的發(fā)射光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要包括2部分：等離子體產(chǎn)生裝置和光譜測(cè)量裝置[8,28].

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

交流電壓產(chǎn)生等離子體，其氣體瞬態(tài)分子(如離子分子、自由基分子和激發(fā)態(tài)分子等)在每個(gè)放電周期發(fā)生2次濃度的突然變化，因此鎖相放大器采用1f參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)來獲得速度調(diào)制光譜，2f參考信號(hào)進(jìn)行解調(diào)來獲得濃度調(diào)制光譜. 探測(cè)到的信號(hào)經(jīng)由鎖相放大器解調(diào)后輸送到電腦記錄和讀取[29]. 它是一種內(nèi)調(diào)制光譜技術(shù),具有很高的靈敏度. 若兩電極放電不均勻?qū)ΨQ，通過濃度調(diào)制光譜分別在1f和2f參考頻率上進(jìn)行測(cè)量，可以了解電極的放電強(qiáng)度及氮離子分子產(chǎn)生的微觀過程[28，30].

脈沖直流放電技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示[31]，探測(cè)信號(hào)經(jīng)Boxcar 檢測(cè)采集數(shù)據(jù)后送入計(jì)算機(jī)處理，對(duì)于脈沖激光產(chǎn)生的等離子體的研究也可采用類似光譜采集系統(tǒng)[31-33]. 通過Boxcar或采用計(jì)算機(jī)軟件控制[34]，可以測(cè)量等離子體中不同壽命粒子的發(fā)射光譜信號(hào)的時(shí)間演化特性[35-36].

圖2 文獻(xiàn)[31]中的脈沖直流放電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

3 等離子體參量的發(fā)射光譜測(cè)量

發(fā)射光譜攜帶著大量的信息：1)光譜線的頻率，據(jù)此可確定等離子體的激發(fā)物種;2)光譜線的強(qiáng)度及強(qiáng)度分布;3)光譜線的線型. 因此原則上利用等離子體的發(fā)射光譜能提供診斷等離子體溫度、電子密度、激發(fā)、電離狀態(tài)和化學(xué)組分及各成分的相對(duì)含量等[7]，還可以獲得分子的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度、等離子體的激發(fā)溫度等重要參量[36-38].

3.1 等離子體的溫度及其診斷

在多數(shù)情況下，等離子體會(huì)偏離局部熱力學(xué)平衡狀態(tài)，這樣就不能用單一溫度描述出等離子體的行為，需區(qū)分討論激發(fā)溫度、振動(dòng)溫度、轉(zhuǎn)動(dòng)溫度等不同溫度的概念. 通常，如果等離子體中每種組分的速率都分別滿足1種Maxwell速率分布，針對(duì)某種粒子不同類自由度的平均能量就可以定義不同的溫度，那么不同的組分就可用不同的溫度來描述. 這樣等離子體中發(fā)生的不同過程就可用不同的溫度來表征. 通常的光譜法測(cè)溫，總是假定等離子體處于局部熱力學(xué)平衡和光薄狀態(tài)[36-38].

3.1.1 平動(dòng)溫度

離子、原子的平動(dòng)能量對(duì)應(yīng)平動(dòng)溫度. 所以平動(dòng)溫度測(cè)量可用離子或原子發(fā)射譜線的多普勒展寬法測(cè)量. 線狀譜譜線的多普勒展寬計(jì)算平動(dòng)溫度的方法是利用等離子體中的粒子熱運(yùn)動(dòng)引起的譜線的展寬效應(yīng)[38-40]. 首先確定譜線的中心波長(zhǎng)λ0，然后，確定該波長(zhǎng)譜線的寬度Δλ1/2，再用譜線多普勒展寬公式:

(1)

式中，kTa為計(jì)算原子的溫度,單位是eV，ma和A分別是被測(cè)原子的質(zhì)量和相對(duì)原子量，c是真空中的光速.

多普勒展寬測(cè)溫法只適用于粒子數(shù)密度較小、低壓、稀薄氣體的情況(例如分子束中)，譜線加寬主要是由效應(yīng)引起的.

從式(1)可知，溫度愈高，多普勒加寬愈大，而在相同溫度下，輕粒子的譜線加寬大于重粒子的，故此法常采用氫譜線作為測(cè)量線. 在低溫等離子體測(cè)溫范圍內(nèi)，加寬量很小，僅為0.01～0.000 1 nm，必須用高分辨率光譜儀才能測(cè)定.

3.1.2 轉(zhuǎn)動(dòng)溫度

分子氣體溫度不太高時(shí)會(huì)激發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度. 轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)分布處于熱平衡時(shí)，分布在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)J的分子數(shù)為[37]

(2)

式中，NJ′表示原子、離子或分子處于給定的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的布居數(shù)，Be為轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)常量，N為總粒子數(shù)，Ttot即為轉(zhuǎn)動(dòng)溫度. 由于所用單色儀的分辨率不同，得到不同分辨率的發(fā)射光譜，因此不同分辨率的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜有對(duì)應(yīng)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)溫度測(cè)量方法.

1)轉(zhuǎn)動(dòng)譜線可分辨的高分辨轉(zhuǎn)動(dòng)光譜

對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)分辨清晰可見的光譜，P,Q,R支的間距比較大，不必考慮3支的重疊. 根據(jù)每條譜線的強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)，可以用

(3)

圖3 文獻(xiàn)[41]中氫分子帶的振轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光譜圖

(4)

圖4 文獻(xiàn)[41]中氫分子放電Fulcher-α帶(2,2)Q支發(fā)射光譜的玻爾茲曼曲線

圖5 文獻(xiàn)[30]噴束中的電子態(tài)(0，0)振動(dòng)帶躍遷譜線

3)P支和R支不可分辨的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜帶

對(duì)P,Q和R支有重疊，特別是三重態(tài)的躍遷,如CO轉(zhuǎn)動(dòng)譜線(如圖6所示)[8]，各支重疊嚴(yán)重，很難分辨. 對(duì)于這樣的譜帶，可編寫程序進(jìn)行模擬，通過與實(shí)驗(yàn)譜線相比，可以得到轉(zhuǎn)動(dòng)溫度.

圖6 文獻(xiàn)[8]中CO B1∑→A1Π(0,3)發(fā)射光譜與轉(zhuǎn)動(dòng)溫度在450 K時(shí)的發(fā)射光譜模擬

在放電體系中，激發(fā)態(tài)的形成有2種機(jī)制:一種電子碰撞激發(fā)，另一種是反應(yīng)形成. 對(duì)于電子碰撞激發(fā)過程中，分子角動(dòng)量是守恒的，因此由NJ′可以推測(cè)下能級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)分布情況，而反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的過程分析則相當(dāng)復(fù)雜.

3.1.3 振動(dòng)溫度

在同一電子態(tài)的不同振動(dòng)態(tài)v中的粒子數(shù)Nv為[8,37]

(5)

式中,Qv為配分函數(shù)，Tv即為振動(dòng)溫度，G(v)為振動(dòng)能量. 等離子體中分子的振動(dòng)溫度不受重視，但有學(xué)者[42]認(rèn)為通過增強(qiáng)等離子體的振動(dòng)激發(fā)，反應(yīng)物將易于吸附到催化劑上，并能有效克服反應(yīng)勢(shì)壘，使能耗降低，因此分子的振動(dòng)溫度在化學(xué)合成中成為一個(gè)重要參量.

1)譜線可分辨振動(dòng)譜的振動(dòng)溫度

由于振動(dòng)函數(shù)是歸一化的，對(duì)v的前進(jìn)組帶，所以在一般情況下，同一電子態(tài)的振動(dòng)躍遷中，電子躍遷矩Re為常量，可得[8]：

(6)

(a) 玻璃管中探測(cè)到的N2發(fā)射光譜

(b)玻璃管中N2C3πu振動(dòng)能G(v′)玻爾茲曼圖圖7 文獻(xiàn)[30]中玻璃管中探測(cè)到的N2發(fā)射光譜及玻爾茲曼圖

2)不能分辨振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)譜線的振轉(zhuǎn)溫度

圖8 文獻(xiàn)[44]中CH(A2Δ-X2Π) (0，0)帶發(fā)射光譜及LIFBASE程序模擬光譜

對(duì)于由幾個(gè)振轉(zhuǎn)動(dòng)帶的光譜疊加而成不能分辨振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)譜線,例如CH(A2Δ-X2Π)帶的發(fā)射光譜[44]，如圖8所示. 可以采用LIFBASE程序[43-44]通過理論模擬來獲得較為精確的振動(dòng)溫度與轉(zhuǎn)動(dòng)溫度.

利用上述方法，通過對(duì)在分子預(yù)解離或與其他粒子碰撞造成轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)非熱力學(xué)平衡造成[45]雙溫度分布或多溫度分布研究，可以進(jìn)一步得出內(nèi)能重新分配機(jī)制[46-48]，還可對(duì)燃燒過程中振動(dòng)能平動(dòng)能轉(zhuǎn)化和分配機(jī)制進(jìn)行研究[48].

3.1.4 電子溫度

電子溫度用來表征等離子體中粒子和電子碰撞過程的熱平衡狀態(tài)，也稱電子激發(fā)溫度. 如果處于某一能量范圍的激發(fā)態(tài)上的粒子通過電子碰撞過程達(dá)到了某種局部平衡狀態(tài)，那么處于第q能級(jí)的粒子數(shù)密度nq由玻爾茲曼分布給出[2,7-8]

(7)

式中，Z為配分函數(shù)，gq為統(tǒng)計(jì)權(quán)重，Eq是q能級(jí)的能量，Te為電子溫度. 在等離子體形成的初始階段，連續(xù)背景輻射較強(qiáng)，可以利用連續(xù)背景輻射來確定電子溫度；在中、后期階段，連續(xù)背景輻射較弱，而原子、分子、離子的分裂譜線很強(qiáng)，這時(shí)應(yīng)使用這些分立譜線. 通過測(cè)量激發(fā)態(tài)粒子的光輻射強(qiáng)度，可以得到相應(yīng)激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)布居數(shù)之比，進(jìn)而利用玻爾茲曼圖解法可以得到電子溫度. 電子溫度與某一能量范圍的電子數(shù)密度相關(guān).

1)兩譜線法

采用等離子體局部熱平衡近似，可以通過測(cè)量相同原子2條譜線的相對(duì)強(qiáng)度來確定等離子體的電子激發(fā)溫度[2,8]

(8)

式中下標(biāo)1和2是分別指第一與第二條譜線.

兩譜線法可用于同一元素的2條中性原子譜線的強(qiáng)度比，也可用屬于同一元素的2條離子譜線的強(qiáng)度比. 在選擇發(fā)射譜線計(jì)算電子溫度時(shí)，還需滿足E2-E1>kTe. 為測(cè)量電子激發(fā)溫度，選用相距較近的Ar 763.51 nm和772.42 nm光譜線對(duì)電子溫度進(jìn)行分析.

2)玻爾茲曼斜率法

如果有足夠多的譜線，其激發(fā)能及躍遷概率等數(shù)值為已知，則當(dāng)測(cè)得它們的強(qiáng)度后，可由繪出曲線，如圖9所示. 式中，C為常數(shù)，Ei為能級(jí)，單位eV. 溫度Texc可由直線斜率求得.

(9)

圖9 文獻(xiàn)[8]噴束中氬氣放電發(fā)射光譜的玻爾茲曼曲線

使用玻爾茲曼斜率法時(shí)應(yīng)注意的問題很多，如所選譜線的躍遷概率應(yīng)有可靠的值，譜線應(yīng)無自吸收的影響，而且譜線組的激發(fā)能差值應(yīng)盡可能大，所選譜線的強(qiáng)度隨等離子體溫度的變化應(yīng)該很靈敏等. 玻爾茲曼斜率法的優(yōu)點(diǎn)：一是應(yīng)用了多條譜線的信息，因此測(cè)溫精度較高；二是此法還可用來驗(yàn)證哪些點(diǎn)(即哪些譜線)處于局域熱力學(xué)平衡.

利用電子溫度，可以監(jiān)控等離子體噴槍特性、激光焊接過程、材料加工和照明形成等過程[49-50].

3)連續(xù)光譜求電子溫度

在等離子體中，韌致輻射與復(fù)合輻射的相對(duì)貢獻(xiàn)與等離子體溫度密切相關(guān)，各種輻射和吸收機(jī)制共同作用達(dá)到平衡. 通過等離子體光譜的連續(xù)光譜，借助文獻(xiàn)[51-52]公式作計(jì)算機(jī)模擬可得電子溫度. 因此，此法應(yīng)用到激光等離子體的電子溫度、電子密度以及其隨時(shí)間的演化機(jī)制研究[52-53].

3.1.5 電離溫度

如果把玻爾茲曼分布應(yīng)用到連續(xù)狀態(tài)，就是相當(dāng)于電離的情況. 粒子的分布用沙哈方程描述，與這個(gè)電離自由度相聯(lián)系的溫度定義為電離溫度. 一次電離的沙哈方程形式為[7]

(10)

式中ni和ne分別是一次電離原子數(shù)密度和電子數(shù)密度，nα為中性原子數(shù)密度，Z1和Z分別為一次電離離子的配分函數(shù)和中性原子的配分函數(shù)，Ei為電離能，Te是電子溫度，Ti是電離溫度.

3.2 電子密度

為了對(duì)某種等離子體系作出有意義的理論模型，就必須很好地了解氣體動(dòng)力學(xué)截面、帶電粒子與不帶電粒子的碰撞截面、不同粒子的密度和溫度等數(shù)據(jù)．在上述參量中，頭等重要的是電子密度ne的數(shù)值及其隨時(shí)間的變化，因?yàn)樵S多動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率直接或間接地依賴于電子密度[54].

3.2.1 根據(jù)半峰寬計(jì)算電子密度

當(dāng)?shù)入x子體的溫度比較低，電子密度在1020～1024m-3范圍內(nèi)，譜線的線型又是洛倫茲線型時(shí)，譜線展寬主要機(jī)制是發(fā)生輻射躍遷的原子受到德拜球內(nèi)離子電場(chǎng)作用產(chǎn)生(準(zhǔn)靜態(tài)近似)的斯塔克能級(jí)分裂. 一般來說中性粒子引起的碰撞展寬和共振展寬可以忽略, 最終的譜線輪廓由斯塔克效應(yīng)和多普勒輪廓決定. 當(dāng)電離度不小于1%時(shí), 由帶電粒子的長(zhǎng)程庫(kù)侖力作用所決定的斯塔克效應(yīng)占優(yōu)勢(shì). 對(duì)于氫原子，斯塔克效應(yīng)是線性展寬，它的譜線展寬與電子密度有關(guān)，這時(shí)譜線輪廓的半峰寬Δλ1/2與電子密度關(guān)系為

(11)

式中，Δλ1/2是歸一化輪廓的半峰值寬度，α1/2其數(shù)據(jù)可查文獻(xiàn)[54]，例如Hβ的α1/2=0.087，ne的單位為m-3. 對(duì)于其他非類氫原子，斯塔克效應(yīng)為非線性展寬，但近來一些文獻(xiàn)也對(duì)類氫原子的譜線展寬測(cè)量電子密度進(jìn)行探討，如Al Ⅱ 281 nm譜線和Hα譜線的斯塔克加寬測(cè)得結(jié)果近似很好；文獻(xiàn)[55-56]利用近似公式Δλ1/2=αne,得到Ar 415. 86 nm譜線,α=2.30×10-18nm/cm3；ArⅠ 430. 01 nm譜線,α=2.27×10-18nm/cm3. 文獻(xiàn)[57]討論了考慮電子溫度影響時(shí)，利用弧室內(nèi)和弧室出口等離子體射流的ArⅠ430 nm譜線，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式

lnne=58.241+0.992 ln Δλ1/2-0.414 lnTe

(12)

計(jì)算等離子體射流的電子密度. 根據(jù)式(12)討論了在氬等離子體射流方向上, 存在著電子溫度和電子密度的梯度分布.

對(duì)于除氫元素之外的其他元素的發(fā)射譜線，Griem 以列表的形式分別給出了中性原子(He Ⅰ～ Ca Ⅰ和Cs Ⅰ)和一價(jià)離子譜線(Li Ⅱ～ Ca Ⅱ)的斯塔克加寬和頻移參量[54]，利用他們的計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，就能估算等離子體中的電子濃度.

利用斯塔克效應(yīng)進(jìn)行診斷的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于它是僅與電子密度有關(guān)的效應(yīng)，與溫度關(guān)系極微，即與等離子體是否達(dá)到熱平衡關(guān)系不大，因而無論是瞬變等離子體還是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)等離子體，都可以應(yīng)用斯塔克效應(yīng)進(jìn)行診斷.

3.2.2 根據(jù)光譜上可分辨的譜線極限估計(jì)電子濃度

等離子體中，由于電荷場(chǎng)的相互作用，原子和原子性離子的輻射譜線的半寬度，隨著光譜項(xiàng)中的主量子數(shù)增加而增大，以至使相鄰譜級(jí)間隔減小，甚至重疊. 隨著電子濃度增大，這種效應(yīng)將擴(kuò)展到較小主量子數(shù)的光譜項(xiàng)，即當(dāng)電子濃度增大時(shí)，可分辨譜線序列的極限向長(zhǎng)波長(zhǎng)偏移. 因此可分辨譜線的極限與等離子體中的電子濃度是有關(guān)的. 如圖10所示，H原子光譜中可測(cè)到λ=383.498 nm原子譜線，對(duì)應(yīng)nmax=9.

圖10 文獻(xiàn)[41]中等離子體中氫原子譜線

經(jīng)計(jì)算，得出等離子體中電子濃度ne與可分辨的最后一根巴末耳譜線的主量子數(shù)nmax之間關(guān)系為[8,58]

lgne=23.94-7.5lgnmax-

(13)

(14)

其中，ND和λD分別是德拜屏蔽球內(nèi)的電子數(shù)目和德拜屏蔽球半徑，Zp是輻射粒子的電荷數(shù)，中性粒子Zp=0，單荷正離子Zp=1.Ze是輻射粒子的核電荷數(shù)數(shù)目，Ze(H)=1，Ze(He)=2. 只要測(cè)出可分辨的那個(gè)主量子數(shù)nmax，知道Zp，Ze和Te后就可利用式(13)～(14)算出電子濃度ne. 使用式(13)～(14)測(cè)定電子密度，其誤差幾乎等于一倍．原因在于:“最后可分辨”譜線并不能嚴(yán)格確定．不過，這項(xiàng)技術(shù)還是有用的，得出的公式也將會(huì)適用于所有的原子，而不僅是類氫原子.

4 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)射光譜是一種時(shí)空分辨性能良好的無干擾診斷技術(shù). 它不僅能診斷出激發(fā)態(tài)物種，而且通過光譜解析還能獲得等離子體參量的諸多信息，但以前的理論一般都是建立在平衡等離子體條件下的，因此發(fā)展出對(duì)于非平衡等離子體的光譜進(jìn)行準(zhǔn)確解析的理論非常具有必要性和重要性，因?yàn)楣I(yè)大規(guī)模使用的一般都是非平衡等離子體[59-63].

冷等離子體廣闊的應(yīng)用前景，必將推動(dòng)對(duì)其內(nèi)部物理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的深入了解，這就對(duì)等離子體物種及參量的精確實(shí)驗(yàn)診斷提出了更高的要求. 一方面，應(yīng)該不斷改進(jìn)現(xiàn)有的診斷手段和探索新的實(shí)驗(yàn)方法，另一方面，由于一種診斷手段通常只能探測(cè)某一種物種或參量，所以將幾種診斷手段聯(lián)用[32,64]，并充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，將有助于準(zhǔn)確、全面地診斷等離子體的各種物種和參量.