Simulation

Nützlich für eine schnelle und praxisorientierte Simulation ist die Verwendung von empirischen und einfachen Abhängigkeiten der Leitfähigkeit von elektrischem Feld, Temperatur, Dichte usw. Die entsprechenden Formeln sind in kontinuierlicher Entwicklung. Mit Hilfe einer solchen Darstellung wird die zeitliche Entwicklung des Plasmas im Schlitzresonator berechnet. Die Bilder zeigen die elektrische Feldverteilung und die zeitliche Evolution des Reflexionsfaktors der Mikrowellenleistung der Gastemperatur und der Ladungsdichte.

Die Berechnung der Feldverteilung basiert sich auf genauer Kenntnis der Plasmaleitfähigkeit. Dieser wichtige Parameter lässt sich nur auf Grund von mehreren experimentellen und theoretischen Untersuchungen gewinnen. Die Mikrowellenplasmaimpedanz und die dc-Eigenschaften (U-I-Kennlinien) sind ausführlich gemessen worden (siehe Plasmadiagnostik).

Die Theorie zielt auf die Berechnung der Elektronenenergie-Verteilungsfunktion, da mit ihrer Hilfe die Leitfähigkeit in verschiedensten Bedingungen berechnet werden kann. Die einfachste Prüfung dieser Funktion ist die Abschätzung der Zündspannung und ihr Vergleich mit dem Experiment. Das Bild zeigt einen solchen Vergleich. Ein sogenannter Schlitzresonator wird in Heliumatmosphäre bei verschiedenen Drücken verwendet. Bei steigender Mikrowellenleistung wird ein Sprung in der reflektierten Leistung beobachtet. Dieser entspricht der Zündleistung bzw. umgerechnet der Zündspannung.

Die Quellen für Mikroplasmen bestehen aus speziell entwickelten Mikrowellenresonatoren die hauptsächlich die Impedanz des Oszillators zu der Impedanz des Plasmas transformieren. Auf diese Weise wird die maximale Leistung übertragen und das Plasma effizient angeregt. Mit dem Feldsimulationsprogramm Comsol lassen sich Resonatoren in verschiedenen Geometrien entwickeln. Das Bild zeigt ein Beispiel von einem Resonator. Im Querschnitt ist die elektrische Feldverteilung (hell=stark) dargestellt bzw. die Oberflächen sind nach der Intensität der lokalen Stromdichte gefärbt.