大气压低温等离子体射流是近年来蓬勃发展的一种新型大气压低温气体放电技术，是目前国际上等离子体科学和技术领域的重要研究热点之一。大气压低温等离子体射流在开放空间中产生，由于其气体温度低、化学活性强、无污染等独特的技术优势，在众多领域（生物医学、材料、环境等）有着广阔的应用前景。本文以大气压低温等离子体射流为研究对象，在以下几个方面开展了研究工作：1.适合于生物医学领域的大气压低温等离子体射流发生装置的研制。（i）研制了两种适合于生物医学等需要低温处理领域的大气压低温等离子体射流发生装置，采用介质阻挡放电结构将高电压电极与放电区域、以及工作区域在空间上隔离，避免了电弧放电的产生以及提高了装置的使用安全性，产生的射流可长达11cm，这是当时国际上报道的最长等离子体射流，同时人体的手指能够直接安全地与等离子体射流接触；（ii）通过等效电路分析发现，其中一种射流发生装置在施加40kHz、峰值7kV交流电压时，射流与人体的手指接触时手指承受的电压在安全范围内（<36V），证实了该装置在临床医学应用的安全性；（iii）同时，基于多气流通道的结构，实现了同时产生多个等离子体射流的技术，有效地扩大了射流处理面积。2.等离子体射流长度的可控制性研究。通过改变放电条件，研究了外部空间的空气、电源参数（电压幅值、电压脉宽、频率）、工作气体流速等对等离子体射流长度的影响。（i）研究结果表明外部空间的空气对射流的延伸有明显的负面影响，在纯工作气体环境中产生的射流长度要远大于外部空间中的射流，分析发现主要是由于空气分子能够有效促使射流中储能粒子，例如激发态或亚稳态的He或Ar原子（工作气体为氦气或氩气）、以及高能电子的快速消失而导致；（ii）建立流体模型并模拟工作气体的流场发现，在层流状态下射流顶端的工作气体最低含量必须达到一定值时射流才能继续延伸，这导致了当射流顶端的工作气体含量低于产生等离子体的最低值时，升高施加电压幅值不能有效地增大射流的长度；（iii）通过流体模拟发现，工作气体流速对射流长度的影响可分为三个阶段，层流、层流向湍流转化、湍流阶段，射流长度在气流开始从层流向湍流状态转化时达到最大；（iv）通过分析不同阶段的等离子体射流长度，得到射流长度和喷嘴直径的比值，与气流雷诺数的分布趋势，该分布趋势有助于我们对射流发生装置的设计，以及在不同工作气体流速、不同喷嘴尺寸时对射流流场状态的预测以及射流长度的控制。3.等离子体射流产生机理的研究。采用高速拍摄以及时空分辨光谱技术对等离子体射流的产生过程进行了研究，获取了等离子体子弹的时空动态传播行为的详细信息。（i）研究发现等离子体子弹的传播速度与N+2391.4nm谱线强度在相近空间位置达到最大，表明等离子体子弹的传播速度直接与其中的电荷量相关；（ii）首次发现当等离子体子弹在接触一根空心绝缘介质管、介质管中通有工作气体时能够在介质管中产生另一个快速向外部空间传播的等离子体子弹的现象，进一步分析表明第二个等离子体子弹的产生是由第一个等离子体子弹中的电荷积累在介质管表面形成的强空间电场导致；（iii）研究结果表明等离子体子弹的产生和传播直接与其中的电荷量相关，电荷量越高，等离子体子弹在前方形成的局部空间电场越强，子弹的传播速度越高、传播距离越大，最终形成的等离子体射流越长。4.等离子体射流基本参数（电子温度和电子密度）的诊断研究。通过绝对辐射光谱和高分辨率光谱测量，对等离子体射流的电子温度和电子密度进行了诊断研究。（i）由氦原子能级密度的分布趋势发现射流等离子体处于极度非热平衡状态，首次得到对应于氦原子低能级区域的电子激发温度高达1.2eV，远高于高能级区域的电子激发温度（0.3eV）；（ii）同时研究表明氦原子高能级区域的密度分布处于萨哈热平衡状态，低能级区域的密度分布远偏离于萨哈平衡状态；（iii）建立了一种谱线轮廓的组合拟合方法，针对射流中的氦原子和氢原子谱线轮廓进行了分析以及拟合，首次获得了射流电子密度的空间分布非均匀特性，其中射流中心区域的电子密度可达1.2×10²¹m^-3，比射流边缘区域高一个量级。5.等离子体射流化学特性的诊断研究。采用激光诱导荧光技术，定量确定了等离子体射流中OH分子和O原子的绝对密度及其空间分布。（i）通过考虑激光诱导荧光测量中重要的分子转动和振动能量传输过程，建立了更加准确的定量诊断射流等离子体中OH分子密度的方法；（ii）研究结果表明，随着工作气体中水分子或者氧气含量的增加，射流中OH分子或者O原子的产生逐渐向靠近出气端口的强放电区域集中，强放电区域中OH分子或O原子的密度呈现先增加、后减小的变化趋势；（iii）当工作气体中混合0.3%H2O或0.3%O2时，射流中OH分子或O原子密度达到最高，分别为5.5×10¹⁹m^-3和2.4×10²²m^-3。