多孔结构与粗糙表面辐射偏振特性的数值模拟

发布时间：2017-08-20 23:13

  本文关键词：多孔结构与粗糙表面辐射偏振特性的数值模拟

  更多相关文章： 纳米球孔阵列结构 粗糙表面 时域有限差分法 等效粗糙度层 辐射特性 椭偏参数

【摘要】：由于微结构表面的几何尺度和入射波长相接近,会产生微尺度效应,因此需求解Maxwell方程组来获得其辐射偏振特性,过去微结构的研究重点在于化学制备的方法以及能量传播等方面。本文主要研究了多孔结构与粗糙表面的辐射偏振特性。重点研究了金属纳米球孔阵列结构的辐射偏振特性及光谱椭偏法测量中基于有效介质理论的等效粗糙度层模型对粗糙表面修正效果的评估文中用基于Maxwell方程组的时域有限差分法研究了金属纳米球孔阵列结构的光谱辐射特性。计算结果发现,正入射的情况下,金属镍纳米球孔阵列结构的空腔直径为0.2~0.8μm时,在入射波长为0.2~2.0μm的范围内会出现两个吸收峰,并且,吸收峰的位置,强度及波段宽度与空腔直径、金属填充高度、入射角、偏振角这些因素有关。此外,文中还分析了温度对金属钨纳米球孔阵列结构的辐射特性的影响。金属镍纳米球孔阵列结构能量吸收的分布主要集中在结构的上表面,尤其是孔口附近。在实际应用中,针对目标波段,可以通过调节空腔直径、填充高度、入射角及偏振角等因素,调节结构的辐射特性,优化目标波段内的光谱吸收率,这在热光伏系统、能量吸收等领域有重要的应用前景。此外,文中分析了金属镍纳米球孔阵列结构的椭偏特性随空腔直径的变化规律。在光谱椭偏法测量中,通常用等效粗糙度层模型对光学常数进行修正,以消除表面粗糙度对结果的影响。本文用基于Maxwell方程组的时域有限差分法与基于有效介质理论的等效粗糙度层模型两种方法,分别计算随机粗糙表面的椭偏参数,以时域有限差分法的结果作为基准,比较两种方法计算结果的偏差值,分析光谱椭偏法中等效粗糙度层模型的修正效果。结果表明,在其他条件不变的情况下,均方根粗糙度越大,等效粗糙度层模型准确性越低,修正效果越差,且入射波长越小,这种影响越明显。入射角越接近布儒斯特角,等效粗糙度层模型的准确性越低,修正效果越差,且介质的k值越小,这种影响越明显。文中发现,自相关长度?=0.5?m时,等效粗糙度层模型的准确性最高。在光谱椭偏法测量中用等效粗糙度层模型对光学常数进行修正时,本文的计算结果可以对此模型的修正效果提供一个参考。
【关键词】：纳米球孔阵列结构 粗糙表面 时域有限差分法 等效粗糙度层 辐射特性 椭偏参数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 多孔结构的辐射特性10-11
• 1.2.2 表面粗糙度对椭偏特性的影响11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 辐射特性及椭偏参数的数值模拟方法15-20
• 2.1 Maxwell方程组及本构关系15
• 2.2 时域有限差分法基本原理15-17
• 2.2.1 时间与空间离散间隔的稳定性要求16
• 2.2.2 吸收边界条件16-17
• 2.3 辐射特性的计算17-18
• 2.4 椭偏参数的计算18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 金属纳米球孔阵列结构的辐射偏振特性20-38
• 3.1 金属纳米球孔阵列结构模型20-21
• 3.2 收敛性验证21
• 3.3 金属纳米球孔阵列结构的光谱辐射特性21-33
• 3.3.1 空腔直径的影响21-24
• 3.3.2 填充高度的影响24-28
• 3.3.3 入射角的影响28-30
• 3.3.4 温度的影响30-33
• 3.4 能量吸收的分布33-35
• 3.5 金属镍纳米球孔阵列结构的椭偏特性35-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 椭偏测量中等效粗糙度层的修正效果38-57
• 4.1 等效粗糙度层模型39-41
• 4.2 时域有限差分法网格收敛性验证41-42
• 4.3 等效粗糙度层模型对粗糙表面的修正效果42-55
• 4.3.1 均方根粗糙度的影响43-44
• 4.3.2 自相关长度的影响44-46
• 4.3.3 介质k值的影响46-52
• 4.3.4 入射角与波长的影响52-55
• 4.4 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果63-65
• 致谢65

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