低温等离子体在生物医学、材料制备、薄膜沉积、纳米颗粒制造等领域有着重要的应用价值。近几十年来,在低温等离子体技术方面,为了提高等离子体射流工作效率,人们一直致力于研发大面积均匀弥散等离子体射流。以廉价的氩气作为工作气体,在类似于介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）的结构中,极易形成细丝,阻碍均匀弥散等离子体的形成。采用直流辉光放电获得弥散等离子体是一种行之有效的方法。然而直流（Direct-current,DC）辉光放电会在限流电阻和放电空间产生大量的焦耳热,降低能量使用效率。本文针对上述科学和技术问题,并结合现代先进光学诊断技术,探讨细丝等离子体射流的特征和局限性、细丝转变成弥散等离子体射流的有效途径,以及获得低成本、低功耗、大面积、均匀弥散等离子体射流的新方法。具体工作如下:首先,设计研发出一种大间隙圆筒-平板电极结构细丝DBD等离子体射流,并提出一种简易有效的ICCD（Intensified Charge Coupled Device）门宽设置方法,来表征等离子体射流的细节行为。等离子体射流形貌的观察表明该射流由众多放电细丝叠加而成。发射光谱检测显示沿着射流的方向,OH和Ar的光谱强度减少,但N₂的光谱强度增加。比较分析发现在等离子体射流空间,工作气体氩中的水蒸气而不是环境空气中的水蒸气,在OH跃迁的光发射中起主导作用;在接地电极附近,氮的发射光谱主要是源于电子对基态或亚稳态氮的直接作用和亚稳态氮之间的碰撞;等离子体射流的转动温度小于振动温度,但远高于室温,这个特征使得细丝放电等离子体射流仅适用于处理耐高温的样品。其次,打破传统气体放电中采用降低电离率或提高预电离水平来获取均匀弥散等离子体的思维,提出细丝弥散等离子体扩展模型,研发出一种常压细丝放电弥散等离子体射流装置。等离子体射流发射光谱的检测表明,在石英管喷嘴附近,OH和Ar的发射光谱强度随着氩气流速的增大而增加,但N₂的发射光谱强度在较低氩气流速时快速增加,接下来缓慢下降,最后在较高氩气流速时几乎保持不变。还发现当氩气流速为0.4 L min时,大部分活性物种聚集在喷嘴附近。在远离石英管喷嘴过程中,OH和Ar的发射光谱强度迅速减小,但N₂的发射光谱能传播到一个更远的距离。OH、N₂和Ar发射光谱截然不同的空间分布特征是缘于它们相应激发态OH（A²Σ⁺）、N₂（C³∏_μ）和Ar（4p）Ar（4s）不同的产生和湮灭机制。基于等离子体射流的光电学特性,并结合拉普拉斯方程数值仿真,阐释了弥散等离子体射流的形成机制:当流注靠近介质表面时,电荷聚集到介质表面,对于正半周期放电,在靠近介质表面局部区域,正表面电荷感应一个相对较高的电场;同时,放电细丝中的带电粒子在这里提供一个较高的预电离;在此局部区域,较高电场和较高预电离促成了弥散正电晕放电的形成,从而实现气体放电从细丝到弥散的转变。最后,提出一种伏安（V-I）特性调制增强气体放电理论及方法,设计研发出一种常压伏安特性调制增强非自持直流辉光放电薄状等离子体射流阵列（Laminar Plasma Jet Array,LPJA）。伏安特性理论分析和实验测试表明,在非自持放电条件下,放电腔室的并联,能增加放电截面面积、降低维持电压,使得放电从亚辉光转变到辉光放电模式,达到放电增强的目的。基于拉普拉斯方程数值仿真的电场分布显示,各放电腔室柱面圆弧电极的设计,能优化电场分布、降低各单元之间的电场差异,使得等离子体射流阵列持续稳定放电。LPJA光发射测试表明,伏安特性调制能增加射流的长度和化学活性;并联嵌套放电回路的设计和空间交替正负电极的布置,能增加等离子体射流的宽度、均匀性和紧凑性。最终实现在放电功率降低到原有65%的情况下,等离子体射流长度增加了近4倍,宽度从原有的15 mm增加到90 mm,均匀性从30%的常规水平提升到97%,从而解决了在直流辉光放电中同时获得低成本、低功耗、大面积、均匀弥散等离子体射流的瓶颈问题。