【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波，具体涉及一种微波等离子体源、系统及方法。
技术介绍
1、等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态，被认为是除去固、液和气外，物质存在的第四态。随着等离子体工业的迅速发展，其在国民经济的各个领域出现更加频繁，对微波等离子体源提出了更高的要求。微波的等离子体能量转换效率和等离子体自激发是影响微波等离子体源应用的关键因素。
2、现有技术中，传统的微波等离子体源如图4所示，其结构大多采用矩形波导作为等离子体激发区域。矩形波导左端设有微波馈入口，用于馈入微波，右端设有金属屏蔽板，使入射和反射波在矩形波导内形成驻波，矩形波导有四个侧面，一对侧面宽些，另一对侧面窄些，矩形波导的上下侧为宽面，前后侧为窄面，陶瓷管上下贯穿矩形波导，通过微波激发陶瓷管内的反应气体从而产生微波等离子体。然而，从图7实验结果可以看出，这种方式存在的问题是：1.现有的微波等离子体源在等离子体能量转换效率方面不高；2.现有的微波等离子体源更难实现自激发，需要更高的微波功率才能激发形成等离子体；甚至，在更严苛的条件下将无法实现等离子体的自激发。因此，亟需设计一种微波等离子体源以提高等离子体能量转换效率和自激发性。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种微波等离子体源、系统及方法，拟解决传统透微波等离子体源等离子体能量转换效率、难自激发的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
2、一种微波等离子体源，包括矩形波导、引
3、进一步的，所述引导波导包括沿微波传输方向依次连接的第一波导段和第二波导段；所述第一波导段的左端口大于右端口；所述第二波导段为矩形状波导，且所述第二波导段的左端口等于第一波导段的右端口。
4、进一步的，所述陶瓷管设置于第二波导段。
5、进一步的，所述第一介质段为楔形介质板，所述楔形介质板的厚度沿微波传输方向逐渐增大。
6、进一步的，所述第二介质段、第三介质段的厚度均等于所述第一介质段的最大厚度。
7、进一步的，还包括压缩波导；所述压缩波导包括左矩形波导、转换波导和右矩形波导；所述左矩形波导、转换波导、右矩形波导和矩形波导从左往右依次连接；所述转换波导的左端口大于右端口。
8、进一步的，所述引导波导右侧面设有金属屏蔽板。
9、一种微波等离子体系统，采用上述的微波等离子体源，还包括微波传输组件、测量组件、供气和低压组件；所述微波传输组件连接于所述微波等离子体源的左端，用于向微波等离子体源传输微波；所述测量组件设置于所述微波传输组件上，用于采集微波的入射功率和反射功率；所述供气和低压组件用于向所述微波等离子体源输入反应气体，并维持等离子体区域的低压环境。
10、进一步的，所述微波传输组件包括微波固态源、波导同轴转换器、环形器、第一定向耦合器、第二定向耦合器和水负载；所述微波固态源、波导同轴转换器和环形器依次连接；所述环形器的两个输出端口分别和第一定向耦合器、第二定向耦合器连接；所述第一定向耦合器和微波等离子体源连接；所述第二定向耦合器和水负载连接；所述测量组件包括微波功率计；所述第一定向耦合器、第二定向耦合器均与微波功率计连接；所述供气和低压组件包括气源、真空泵和质量流量控制器；所述气源、真空泵分别和陶瓷管连接；所述质量流量控制器用于控制反应气体的进气量。
11、一种微波等离子体产生方法，采用上述的微波等离子体源，向陶瓷管内通入反应气体，从矩形波导左端设有的微波馈入口馈入微波，激发反应气体产生微波等离子体。
12、本专利技术的有益效果是：
13、本专利技术基于微波非对称传播波导提供了一种高性能微波等离子体源，通过在矩形波导中添加楔形介质板来减少微波的反射，并将电磁波转化为表面波，来增加等离子体区域的电场强度，相比于传统压缩波导等离子体源具有更高的微波能量效率，且本专利技术可以在较低功率水平下实现等离子体的自激发。
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1.一种微波等离子体源，其特征在于：包括矩形波导(1)、引导波导(2)和陶瓷管(6)；所述矩形波导(1)和引导波导(2)从左往右依次连接，所述矩形波导(1)左端设有微波馈入口；
2.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：所述引导波导(2)包括沿微波传输方向依次连接的第一波导段(7)和第二波导段(8)；所述第一波导段(7)的左端口大于右端口；所述第二波导段(8)为矩形状波导，且所述第二波导段(8)的左端口等于第一波导段(7)的右端口。
3.根据权利要求2所述的微波等离子体源，其特征在于：所述陶瓷管(6)设置于第二波导段(8)。
4.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：所述第一介质段(3)为楔形介质板，所述楔形介质板的厚度沿微波传输方向逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的微波等离子体源，其特征在于：所述第二介质段(4)、第三介质段(5)的厚度均等于所述第一介质段(3)的最大厚度。
6.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：还包括压缩波导；所述压缩波导包括左矩形波导(9)、转换波导(10)和右矩
7.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：所述引导波导(2)右侧面设有金属屏蔽板。
8.一种微波等离子体系统，采用如权利要求1至7任一项所述的微波等离子体源，其特征在于：还包括微波传输组件、测量组件、供气和低压组件；所述微波传输组件连接于所述微波等离子体源的左端，用于向微波等离子体源传输微波；所述测量组件设置于所述微波传输组件上，用于采集微波的入射功率和反射功率；所述供气和低压组件用于向所述微波等离子体源输入反应气体，并维持等离子体区域的低压环境。
9.根据权利要求8所述的微波等离子体系统，其特征在于：所述微波传输组件包括微波固态源(12)、波导同轴转换器(13)、环形器(14)、第一定向耦合器(15)、第二定向耦合器(16)和水负载(17)；所述微波固态源(12)、波导同轴转换器(13)和环形器(14)依次连接；所述环形器(14)的两个输出端口分别和第一定向耦合器(15)、第二定向耦合器(16)连接；所述第一定向耦合器(15)和微波等离子体源连接；所述第二定向耦合器(16)和水负载(17)连接；
10.一种微波等离子体产生方法，其特征在于：采用如权利要求1至7任一项所述的微波等离子体源，向陶瓷管(6)内通入反应气体，从矩形波导(1)左端设有的微波馈入口馈入微波，激发反应气体产生微波等离子体。
...【技术特征摘要】
1.一种微波等离子体源，其特征在于：包括矩形波导(1)、引导波导(2)和陶瓷管(6)；所述矩形波导(1)和引导波导(2)从左往右依次连接，所述矩形波导(1)左端设有微波馈入口；
2.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：所述引导波导(2)包括沿微波传输方向依次连接的第一波导段(7)和第二波导段(8)；所述第一波导段(7)的左端口大于右端口；所述第二波导段(8)为矩形状波导，且所述第二波导段(8)的左端口等于第一波导段(7)的右端口。
3.根据权利要求2所述的微波等离子体源，其特征在于：所述陶瓷管(6)设置于第二波导段(8)。
4.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：所述第一介质段(3)为楔形介质板，所述楔形介质板的厚度沿微波传输方向逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的微波等离子体源，其特征在于：所述第二介质段(4)、第三介质段(5)的厚度均等于所述第一介质段(3)的最大厚度。
6.根据权利要求1所述的微波等离子体源，其特征在于：还包括压缩波导；所述压缩波导包括左矩形波导(9)、转换波导(10)和右矩形波导(11)；所述左矩形波导(9)、转换波导(10)、右矩形波导(11)和矩形波导(1)从左往右依次连接；所述转换波导(10)的左端口大于右端口。
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