低温等离子体放电系统是一个包含激励源,能量传输、耦合和等离子体产生的复杂系统。不仅等离子体自身就包含加热、波动、输运、弛豫等各种过程,而且外部的能量传输和耦合也影响着等离子体的参数、形貌和放电模式等特征。统筹考虑放电系统各个部分的变化和匹配是等离子体源技术发展的必要要求。本文分别针对大气压和低气压的环境,系统性地研究了外部功率传输和耦合对等离子体放电模式的调控。对于大气压环境,由于放电系统简单且大多放电比较微弱,等离子体参数对电源的反馈作用不是很强。电源和电极对等离子体状态有着决定性作用。本研究从电源设计和电极结构优化入手,探索了抑制空气等离子体丝状不稳定性和形成辉光模式的条件及其特性。对于低气压环境,多采用射频放电。功率耦合的效率更高,方式也更复杂,等离子体参数变化对电源的反馈作用大大增强,使系统非线性效应增强。本研究选择具有多种放电模式的螺旋波等离子体源（HWP）为研究对象,实验探究了射频功率传输、匹配和天线耦合对放电模式的影响。另外,为了深入研究等离子体的波动特性和不同的波耦合模式,还研制了一套新型波扰动探针测量系统。在大气压下,制约等离子体源技术发展的瓶颈是强碰撞引起的等离子体不稳定性,导致大气压等离子体放电通常只发生在较小区域内,并且大多数放电模式为不均匀的丝状。大面积和均匀性一直以来都是大气压等离子体源的发展方向。大气压等离子体主要由强电场激发产生,抑制其不稳定性的方法要从激励电源参数的调控和放电电极结构优化两方面入手。本文以介质阻挡放电（DBD）为基础,选择了 kHz高压交流电源,配合电极结构的设计,实现了米量级宽幅面的辉光模式放电,并以此为基础研制了一套材料表面改性装置。本装置直接以空气作为工作气体,通过电学参数的测量,发现了相对于常见的丝状放电,该装置的放电电压略低,但是电流和放电功率却大了一个数量级,且电流呈正弦曲线,确认了放电模式为辉光放电,没有丝状的局部不稳定性。通过发射光谱拟合N2分子的振动峰计算了不同电压下的气体温度,结果表明在中等电压19.25kV时等离子体核心区域温度为574K,略高于室温。通过红外热成像仪发现整个等离子体区域温度分布均匀,温差仅为9 K。这个特性使它十分适合温度敏感型材料的处理,因此,本文还以纺织材料为例,验证了其良好的表面改性作用。在低气压下,等离子激励电源常采用射频电源,射频阻抗匹配则成为了射频放电中的技术难点。匹配电路在影响等离子体放电特性的同时,等离子体阻抗的改变也会造成匹配状态的变化,从而改变反射系数,使得射频放电成为一个牵一发而动全身的非线性系统。并且,相对于大气压源,低气压等离子体具有更多的能量耦合方式,对应着不同的放电模式,因此调节放电参数的过程中还会产生模式跳变和回滞现象。本文以自行设计搭建的强磁场螺旋波等离子体放电装置（HMHX）为研究对象,系统地探索了匹配网络的变化对等离子体阻抗和模式跳变的影响,总结了规律。之所以选择螺旋波等离子体源作为研究对象,是因为它相比常见的电容耦合放电（CCP）、电感耦合放电（ICP）源包含着更多的耦合方式和更为复杂的回滞现象。首先,本文利用ADS软件,结合Smith圆图特性总结了一种快速调节等离子体匹配的方法,制作了匹配网络。实验中观测到了 E、H、W三种放电模式,并使用Smith圆图的方法总结了每种模式下等离子体阻抗变化和电路反射系数的变化规律。发现了随着放电功率的提高,模式跳变并不是按照原本预计的E-H-W的顺序进行的,而是直接从E模式跳变到W模式,E模式下的等离子体吸收功率有可能高于H和W模式。通过等离子体密度的测量,观察到了对应于三种放电模式的阶梯状密度分布,然而在Smith圆图中却测量到了等离子体阻抗有多次小的跳变,意味着可能存在着等离子体诊断无法发现的能量耦合变化。此外,实验还发现,天线口径也对放电功率耦合起着重要作用。适当减小天线的口径有利于提高耦合效率,从Smith圆图中发现,这不会影响模式跳变的大致规律,但是会影响跳变的起始和终止位置。同时,较小的天线口径也有利于抑制放电系统的非线性效应。除此之外,在螺旋波等离子体放电中发现,波耦合W模式中,存在着不止一种波。这意味着放电模式不能简单地划分为E、H、和W,然而在目前的实验中无法测量等离子体中不同波的波动特性。针对这一不足,为了进一步实验的进行,本文还研发并搭建了一套等离子体密度及电场扰动探针诊断系统,用于测量等离子体中波动引起的高频扰动。该探针充分考虑到了等离子体鞘层和各种分布电容、电感带来的时域分辨率的限制。在目标频段内,对于电场扰动的测量可以实现对不同频率的信号有着同样的时间延迟,对于密度扰动的测量可以实现小于30°的相位响应。这部分工作受到国家留学基金委的资助,与美国普林斯顿大学等离子体物理实验室（PPPL）合作完成,并在PPPL的MRX实验装置上得到了初步结果,成功检测到了低混杂波引起的电子离子反常拖拽效应。为下一步实验分辨螺旋波等离子体中W模式放电下不同的波动模式奠定了基础。