螺旋波等离子体推力器具有气体电离效率高、无电极腐蚀、工质选择范围广泛、比冲高等优点,是电推进中新兴的热门研究领域。以此为背景,本文采用数值模拟与光学诊断技术相结合的方法对螺旋波放电等离子体开展研究,建立了螺旋波放电三维直接数值计算模型,并通过发射光谱和激光诱导荧光技术对等离子体参数进行了测量。本文在构建螺旋波放电三维直接数值计算模型中,舍弃了传统模型基于小扰动理论解析地计算能量吸收的方法,而是直接数值求解等离子体耦合的Maxwell方程组并在碰撞沉积的假设下计算其阻性损耗,通过漂移-扩散方程对电子能量、各态粒子分布进行控制,在计算中详细考虑了放电可能发生的电化学反应和粒子碰撞关系,所有方程最终都通过COMSOL Multiphysics^TM高效有限元求解器全耦合求解。通过分析发现,数值模型与经典波动理论关于螺旋波和T-G波的描述是一致的,并且计算结果与经典文献的实验测量数据以及静电鞘层基本理论相吻合。进一步地,利用该数值模型对螺旋波放电等离子体粒子空间分布特性、低场放电磁场峰值现象以及等离子体参数瞬态演化特性几个方面开展了研究,从控制方程和边界条件出发对粒子分布的形态给出了较为合理的解释;验证了磁场峰值现象的波干涉机理,发现其本质是电磁波中的螺旋波分量与其端面反射回波叠加形成了驻波加强;数值结果显示粒子密度与电子温度在点火初始瞬间表现出了不同的特性,进一步的分析加深了对于放电过程中离子“泵浦效应”和电子加热机制的认识。针对电子温度为数电子伏的低温氩等离子体发射光谱诊断问题,本文发展了一个改进的基于细致谱项的“碰撞-辐射”模型,考虑至最高谱项主量子数N=10,所有谱项按照重要程度分为47个有效能级。基于该模型的计算结果表明,电子温度较低（<6eV）的氩等离子体的谱线强度对电子密度和电子温度两个参数都敏感。本文提出一种利用先验知识的二次匹配诊断方法,在匹配过程中选用螺旋波放电氩等离子体在680⁸60nm范围所有可辨识的15条谱线,计算的谱线强度与实际测量值的平均误差为13.7%,利用了绝对光强信息的二次匹配方法能够使等离子体参数测量误差大为缩小:ΔT_e/T_e≈±25%,Δn_e/n_e≈±40%。本文搭建了激光诱导荧光精确测速实验系统,采用锁相检波的方法提取微弱荧光信号,在前人研究基础上进一步完善了高斯型滤波器反卷积算法分离多普勒效应流程,最终通过变换得到离子速度分布函数。为了评估利用发散磁场构型双电层效应的紧凑式螺旋波等离子体推力器的氩离子加速效果,探索了一种双向偏振态激光诱导荧光测量方法来对螺旋波等离子体源近出口端的离子速度分布函数进行测量,结果表明在本文实验条件下离子并没有达到双电层效应下的期望加速值。最后,文中将测速方案应用到氙工质霍尔推力器上以进一步验证和扩展测量技术,得到了霍尔推力器的一价氙离子的速度、温度以及羽流发散角、离子加速效率等综合性能参数,并对速度与温度的测量结果进行了定量分析。通过本文上述综合性的研究,一方面更加深入地理解了螺旋波放电等离子体源的气体电离过程、放电参数对等离子体生成性能的影响等关键问题,从而可以对螺旋波放电等离子体源的设计与制备提供指导;另一方面对电推进中关注的争议性问题提供了直接的实验测量证据:紧凑式螺旋波放电等离子体推力器并不能产生好的推力性能,发散磁场构型中离子速度的形成可能只是一种磁约束作用下的双极电场所导致。