微波可以穿透介质,击穿扩散效率高,激发得到高浓度和高活性的电子、离子、激发态粒子及自由基,工作气体在低压和常压下均可维持放电,不需要高压、操作安全、环境污染小。因此,MPJ技术在等离子体引燃、薄膜沉积、材料处理和空气净化等方面具有重要的应用价值。本文开展了基于表面波等离子体激元(SPPs)的低功率微波等离子体射流源的研究工作。主要涉及微波等离子体的产生机理、仿真分析、实验研究、参数诊断和工程应用五个方面的内容,具体工作如下:(1)矩形波导内微波传输形成驻波,电磁波在共振点处进行波模转换,由TE10模转换为TM模,在激发天线和放电腔体内壁之间形成SPPs,产生局域增强电场,电离气体产生射流。(2)利用COMSOL软件建立MPJ电离中的流体模型,对电子密度、电子温度和电场分布进行仿真,发现在500ns左右,放电进入稳定状态。对螺旋天线模型进行仿真建模,验证了新型天线结构在电场增强方面的重要作用。(3)通过改变实验运行条件,研究工作气体、气体压强、气体流量、输入功率和激发天线结构对射流影响。设计了不同的激发天线结构,实现了低功率MPJ放电,最低功率在几瓦时也可以产生射流;设计螺旋激发天线结构,实现了低功率运行条件下多种气体环境的远距离可控放电。在常压环境下调节天线位置和气体流量,50W的输入功率下,可以在距波导50cm外产生7.5cm长的等离子体射流,因此适用于不同应用对象。(4)采用AvaSpec-3648光纤光谱仪进行不同气压下等离子体射流的诊断实验,检测放电粒子种类,探索气压条件对于光强的影响。设计双探针诊断系统,诊断低气压条件下的等离子体参数,并探讨研究输入功率、流量对等离子体密度、射流长度的影响。(5)设计空气净化装置,通过微波等离子体产生的活性物质和高能粒子,对净化箱内的卷烟烟气进行净化实验。实验结果表明,MPJ对于卷烟烟气具有明显的净化效果,并且其中的活性物质可以对箱内气体进行持续净化,保持箱内空气质量。