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Diagnosis of helicon plasma by local OES
Plasma Sources Science and Technology ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-01-28 , DOI: 10.1088/1361-6595/ab56dc
Ruilin Cui , Ruoyu Han , Kaiyi Yang , Wanying Zhu , Yueqing Wang , Zun Zhang , Jiting Ouyang

Optical emission spectroscopy (OES) is a common method for characterizing radio frequency (RF) discharge plasmas. Particulary, helicon plasma is featured by its high plasma density among all RF-excited plasmas. In order to obtain the spatial-resolved information of a helicon plasma, local optical emission spectroscopy (LOES) with a 3 mm spatial resolution was proposed and carried out to evaluate the local electron density and temperature. The plasma emission intensity via LOES was measured and compared with the electron density obtained by a RF-compensated Langmuir probe (LP) in Ar, N2 and Air helicon plasmas, respectively. The results revealed that there existed a functional relationship between some specific lines (LOES) and electron density (LP). Further, helicon plasma characteristics under capacitive (E) , inductive (H), and helicon (W) modes were systemetically investigated based on LOES. Besides, two-dimensioanal (2-D) contour maps for plasma distributions were made via LOES as well. It was found that in E- and H-modes, axial profiles of plasma density and electron temperature were consistent under two opposite magnetic field directions. However, in W-mode, the plasma presented an asymmetric axial profile along the tube. As for radial profiles, plasma distribution varied under three discharge modes due to different heating mechanisms in Ar, N2 or Air helicon plasma. A deeper analysis indicated that the bulk absorption comes from the coupling of the helicon wave in Ar helicon plasma while the power depositions in N2 and Air helicon plasma are mainly dominated by the TG wave.

中文翻译:

通过局部 OES 诊断螺旋等离子体

光发射光谱 (OES) 是表征射频 (RF) 放电等离子体的常用方法。特别是,螺旋等离子体在所有射频激发等离子体中的特点是等离子体密度高。为了获得螺旋等离子体的空间分辨信息,提出并实施了具有 3 mm 空间分辨率的局域光发射光谱 (LOES) 以评估局域电子密度和温度。分别测量了通过 LOES 的等离子体发射强度,并与通过射频补偿朗缪尔探针 (LP) 在 Ar、N2 和空气螺旋等离子体中获得的电子密度进行比较。结果表明,某些特定谱线(LOES)与电子密度(LP)之间存在函数关系。此外,在电容(E)、电感(H)、基于 LOES 系统地研究和螺旋 (W) 模式。此外,还通过 LOES 制作了等离子体分布的二维 (2-D) 等高线图。发现在 E 和 H 模式下,等离子体密度和电子温度的轴向分布在两个相反的磁场方向下是一致的。然而,在 W 模式下,等离子体沿管呈现不对称的轴向轮廓。至于径向分布,由于 Ar、N2 或 Air 螺旋等离子体中不同的加热机制,等离子体分布在三种放电模式下有所不同。更深入的分析表明,体吸收来自Ar螺旋等离子体中螺旋波的耦合,而N2和空气螺旋等离子体中的功率沉积主要由TG波主导。等离子体分布的二维 (2-D) 等高线图也是通过 LOES 制作的。发现在 E 和 H 模式下,等离子体密度和电子温度的轴向分布在两个相反的磁场方向下是一致的。然而,在 W 模式下,等离子体沿管呈现不对称的轴向轮廓。至于径向分布,由于 Ar、N2 或 Air 螺旋等离子体中不同的加热机制,等离子体分布在三种放电模式下有所不同。更深入的分析表明,体吸收来自Ar螺旋等离子体中螺旋波的耦合,而N2和空气螺旋等离子体中的功率沉积主要由TG波主导。等离子体分布的二维 (2-D) 等高线图也是通过 LOES 制作的。发现在 E 和 H 模式下,等离子体密度和电子温度的轴向分布在两个相反的磁场方向下是一致的。然而,在 W 模式下,等离子体沿管呈现不对称的轴向轮廓。至于径向分布,由于 Ar、N2 或 Air 螺旋等离子体中不同的加热机制,等离子体分布在三种放电模式下有所不同。更深入的分析表明,体吸收来自Ar螺旋等离子体中螺旋波的耦合,而N2和空气螺旋等离子体中的功率沉积主要由TG波主导。在两个相反的磁场方向下,等离子体密度和电子温度的轴向分布是一致的。然而,在 W 模式下,等离子体沿管呈现不对称的轴向轮廓。至于径向分布,由于 Ar、N2 或 Air 螺旋等离子体中不同的加热机制,等离子体分布在三种放电模式下有所不同。更深入的分析表明,体吸收来自Ar螺旋等离子体中螺旋波的耦合,而N2和空气螺旋等离子体中的功率沉积主要由TG波主导。在两个相反的磁场方向下,等离子体密度和电子温度的轴向分布是一致的。然而,在 W 模式下,等离子体沿管呈现不对称的轴向轮廓。至于径向分布,由于 Ar、N2 或 Air 螺旋等离子体中不同的加热机制,等离子体分布在三种放电模式下有所不同。更深入的分析表明,体吸收来自Ar螺旋等离子体中螺旋波的耦合,而N2和空气螺旋等离子体中的功率沉积主要由TG波主导。
更新日期:2020-01-28
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