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微波等离子体炬(MPT)光源自发明至今已经30年,其兼顾了ICP与MWP两种光源的优势,激发能力强,可容易地在低流量小功率条件下获得稳定的常压氩、氦、氮或者甚至空气等离子体,因此得到了国内外相关学者的广泛关注,并在发展过程中逐步得到完善。然而,该炬管本身的主要几项重大改进都立足于实践需求与试错法实现,关于理论探索不多,导致在千瓦级MPT光谱仪技术的研发过程已有的先验知识尚不足以解决由于功率水平从百瓦级上升到千瓦级所引出的新问题。基于此,本论文着重从理论角度出发,通过建模、仿真、高速成像等多种手段对MPT技术进行分析并加以研究,最终成功的将相关研究成果应用到了实际场合,解决了相关问题。主要取得了如下创新性成果：1)首次使用传输线理论建立起MPT结构的等效电路模型,分析了MPT各调节机构在阻抗匹配和调谐方面所起到的作用,该理论模型与实验结果较为吻合,可为炬管结构的进一步改进提供理论依据。2)使用高速成像的方法对MPT光源瞬时的时空运动特性进行了观测,通过分析,合理地解释了MPT相比其他微波等离子体光源所具有的独特性能的根源。考察了不同工作条件对等离子体高速旋转运动的影响,对干气溶胶与等离子体之间的相互作用也进行了初步探索,这一工作使对MPT的认识从宏观尺度进入到微观尺度。3)提出丝状等离子体绕轴高速旋转运动是MPT独特噪音谱特性的根源,并建立起MPT旋转噪音谱的数学模型,该模型可以解释各条件下MPT噪音谱的变化情况,为光谱检测中优化实验条件提供了较好的参考价值。4)通过电磁仿真对MPT冷腔内的电磁场分布特性进行了研究,发现内管与同轴垫片在电磁场分布中所起到的重要作用,并提出了一种新型的具有双谐振结构的MPT炬管,改进的炬管在小功率至千瓦级功率下均可获得稳定性极佳的等离子体,加快了高性能千瓦级MPT光谱仪研发进度。5)研发了一种新的高稳定度高功率的微波功率源,稳定度优于±0.5%,在此基础上通过合理的元器件选型搭建了千瓦级MPT光谱仪,并完成基本功能,首次实现了ArMPT的直接雾化进样,省掉了小功率光谱仪所必须的去溶装置,满足了研发目标并顺利通过了国家重大科学仪器设备开发专项(批准号：2013YQ470781)的中期评估。