一、 等离子体基本简介

等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。

二、等离子体基本原理

等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。如果对气体持续加热，使分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、电子和中性粒子组成的气体，这种状态称为等离子体。等离子体与气体的性质差异很大，等离子体中起主导作用的是长程的库仑力，而且电子的质量很小，可以自由运动，因此等离子体中存在显著的集体过程，如振荡与波动行为。等离子体中存在与电磁辐射无关的声波，称为阿尔文波。

三、等离子体基本性质

电离等离子体和普通气体的最大区别是它是一种电离气体。由于存在带负电的自由电子和带正电的离子，有很高的电导率，和电磁场的耦合作用也极强：带电粒子可以同电场耦合，带电粒子流可以和磁场耦合。描述等离子体要用到电动力学，并因此发展起来一门叫做磁流体动力学的理论。[编辑]组成粒子和一般气体不同的是，等离子体包含两到三种不同组成粒子：自由电子，带正电的离子和未电离的原子。这使得我们针对不同的组分定义不同的温度：电子温度和离子温度。轻度电离的等离子体，离子温度一般远低于电子温度，称之为“低温等离子体”。高度电离的等离子体，离子温度和电子温度都很高，称为“高温等离子体”。相比于一般气体，等离子体组成粒子间的相互作用也大很多。[编辑]速率分布一般气体的速率分布满足麦克斯韦分布，但等离子体由于与电场的耦合，可能偏离麦克斯韦分布。[编辑]等离激元表面等离激元（surface plasmon）效应--实验里我们把金属的微小颗粒视为等离子体（金属晶体因为其内部存在大量可以移动的自由电子----带有定量电荷，自由分布，且不会发生碰撞导致电荷的消失----因此金属晶体可以被视为电子的等离子体），由于金属的介电系数在可见光和红外波段为负数，因此当把金属和电介质组合为复合结构时会发生很多有趣的现象。当光波（电磁波）入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，这 时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。 这种电磁场增强效应能够有效地提高分子的荧光产生信号，原子的高次谐波产生效率，以及分子的拉曼散射信号等。在宏观的尺度上这一现象就表现为在特定波长，状态下的金属晶体的透光率的大幅提升。

电离

　　等离子体和普通气体的最大区别是它是一种电离气体。由于存在带负电的自由电子和带正电的离子，有很高的电导率，和电磁场的耦合作用也极强：带电粒子可以同电场耦合，带电粒子流可以和磁场耦合。描述等离子体要用到电动力学，并因此发展起来一门叫做磁流体动力学的理论。

　　组成粒子

　　和一般气体不同的是，等离子体包含两到三种不同组成粒子：自由电子，带正电的离子和未电离的原子。这使得我们针对不同的组分定义不同的温度：电子温度和离子温度。轻度电离的等离子体，离子温度一般远低于电子温度，称之为“低温等离子体”。高度电离的等离子体，离子温度和电子温度都很高，称为“高温等离子体”。

　　相比于一般气体，等离子体组成粒子间的相互作用也大很多。

　　速率分布

　　一般气体的速率分布满足麦克斯韦分布，但等离子体由于与电场的耦合，可能偏离麦克斯韦分布。

　　等离激元

　　表面等离激元（surface plasmon）效应--实验里我们把金属的微小颗粒视为等离子体（金属晶体因为其内部存在大量可以移动的自由电子----带有定量电荷，自由分布，且不会发生碰撞导致电荷的消失----因此金属晶体可以被视为电子的等离子体），由于金属的介电系数在可见光和红外波段为负数，因此当把金属和电介质组合为复合结构时会发生很多有趣的现象。当光波（电磁波）入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，这 时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。 这种电磁场增强效应能够有效地提高分子的荧光产生信号，原子的高次谐波产生效率，以及分子的拉曼散射信号等。在宏观的尺度上这一现象就表现为在特定波长，状态下的金属晶体的透光率的大幅提升。