大气压微波等离子体具有很多优良特性,其电子温度高、密度大、无电极污染且设备简单。大气压微波等离子体适合于工业化生产,已经被广泛应用于表面处理、材料合成、医疗灭菌、环境保护等领域。但是,在大气压环境下的微波放电往往比较困难,需要很高的入射微波功率。本文设计了一种新型的基于表面等离子体激元的等离子体射流装置,该装置能够实现在超低功率下大气压微波射流放电。应用有限元数值计算软件COMSOL建模并对射流装置的微波能量耦合器件进行优化,同时完成工程设计和放电实验。具体的优化工作包括:依据尖端放电原理,设计出带尖端的微波耦合天线,极大的增强了放电管内的微波电场,装置的放电能力得到显著提升。又将耦合天线设计成带双尖端的折叠型天线,装置放电产生的等离子体射流体积更大,提高了微波能量利用率。通过放电管内的电场分析,对天线的半径以及天线在放电管内的位置做出了优化,得到一种最优的设计方法。本文在不同气压环境下对多种气体进行了放电实验,新型的射流装置能实现在10 W的微波功率下,形成大气压环境下的氩气射流放电。该装置在低气压环境中,当微波入射功率为50 W时,能够有效产生长度为30 cm的氩气等离子体射流。相较于传统的微波射流装置,本文新设计的微波射流装置能量耦合性能更好、放电能力更强、能量利用率也更高。本文同时对射流装置的复合型天线及放电管进行了颠覆性设计,这是本文最具创造性的工作,该射流装置在工业上的实际应用面变得更为广泛。一方面,将传统的圆柱形结构耦合天线改造为新型的螺旋形结构,不仅使得射流装置放电效果更好,且实现了一种新的放电模式——远距离放电。在大气压工作环境下,射流装置在远离微波波导槽口60 cm处形成了氩气射流放电。另一方面,文中将传统的圆柱形结构放电管改造为新型的瓶形放电管,放电截面半径从2 mm增大到5 cm,实现了放电管内的大面积放电。本文所取得的成果,对于低功率高效率大面积等离子体处理工艺的工业应用提供了有益借鉴。