直流脉冲等离子体在表面处理如离子渗氮、薄膜沉积、材料改性等方面应用十分广泛。在表面处理过程中,等离子体参数是影响处理效果的重要因素,因此考察脉冲等离子体各参数随时间的变化情况对于探讨表面处理过程中等离子体的作用机制有重要意义。为了对直流脉冲等离子体进行诊断,基于朗谬尔双探针理论研制了一套脉冲等离子体诊断系统。该诊断系统采用高速模数转换器对探针电流进行采样,对脉冲等离子体参数的诊断可以达到20ns的分辨率。结果表明该系统用于脉冲等离子体的诊断是可行的。脉冲电源参数为:频率1 kHz,占空比15%,电压分别为600V、700V和800V。放电气体分别采用空气、氨气和氩气。气体压强为108Pa。双探针的参数为:S=16.5mm2,d=1.7mm,两探针所在的平面与阴极盘平行,距阴极盘的垂直距离为20mm。诊断结果发现:1.当采用氨气或空气作为放电气体时,一个放电周期内先在距脉冲上升沿约2μs处出现一次电子密度跳变。该等离子体的电子密度呈窄脉冲状,持续时间约5μs,半高宽约2μs。在“窄脉冲”一段时间后电子密度为一低平台,可以一直维持到电源脉冲结束。该等离子体的电子密度波形跟放电电流的波形类似,为“稳态”等离子体。“窄脉冲”等离子体电子温度的波形出现振荡状态,周期都为1.3μs左右。当采用氩气放电的时候,只出现平台部分。2.“稳态”等离子体相对于电源脉冲前沿的延时时间随气体、电压的不同,变化范围为十几到一百微秒。在相同的气体和压强情况下,当放电电压增大时,电子密度也跟着增大而电子温度则没有明显变化。诊断发现了一些未能得到很好解释的新现象,随着技术手段的提高和系统的完善,将为快速变化的等离子体提供有效的诊断工具。