等离子体中氮气分子的振转光谱的温度模拟与分析

实验内容:

氮分子或离子的发光是由其从较高的能级向较低能级跃迁产生的。在同一个电子态上,振转光谱带来自不同振转态之间的跃迁,而每一个振动态的跃迁同时又包含了许多转动态的跃迁,其中转动态的跃迁可能因为受光谱仪分辨率的限制而不能被光谱分辨出来。但我们还是可以通过拟合一个振转谱峰来得到转动温度,而振动温度则可以通过拟合一系列振转谱带来得到。本次实验的目的,是通过研究氮气等离子体中分子态的振转谱线信息,拟合氮气分子的振转温度的变化,以进一步获得等离子体温度随宏观参量的演变。

实验步骤:

拟合一系列振转光谱带的步骤可以分为四步:第一步是计算振转光谱中每一个振转态跃迁所对应的波长。根据选择定则,每一个的和三支都要考虑到。第二步是计算每个波长所对应的理论线强度,这个强度是转动温和振动温度的函数。光谱的强度分布还受到每个振转谱线宽度的影响。因此,第三步是每个谱线的线强度都要乘以一个展宽函数来模拟谱线的增宽,然后把这一系列振转峰叠加起来形成光谱带。最后,不断改变转动温度和振动温度直到使得理论计算的光谱与实验测量的光谱符合得最好,这时的转动温度和振动温度即为所求的实验测量光谱的转动温度和振动温度。

(1)图2是容性耦合氮气等离子体放电的发射光谱图,熟悉N2等离子体的各谱带结构,熟悉振转温度的模拟软件参数。

(2)重点计算氮分子N2第二正带系的399.84nm的峰,拟合范围从396nm到400nm; 氮离子 第一负带系的391.44nm的峰,拟合范围从390nm到392nm。然后通过最小二乘法比较测量的光谱和理论计算的光谱来得到振转温度。