基于表面等离子体激元特性的红外超材料吸波结构及其热辐射调控研究
发布时间：2023-04-11 04:19
红外超材料吸波结构是近年来出现的一种新型人工电磁结构材料,其独特的电磁谐振特性使之迅速成为了人工电磁结构材料领域中的研究热点。这种新型人工电磁结构材料的出现极大地扩展了红外波段电磁波与物质之间的作用方式,使其在包括选择性热发射、敏感探测和红外反探测等领域中展现出了巨大的应用潜力。本论文以基于表面等离子体激元特性的红外超材料吸波结构为研究对象,针对红外超材料吸波结构吸收频点单一、吸收频带窄的限制,围绕多峰和宽频吸波结构的设计开展了一系列的研究工作。论文工作讨论了红外超材料吸波结构研究中所涉及的表面等离子体激元激发机制、电磁响应特性和谐振行为规律,并提出了多种具有多峰和宽频吸收效果的吸波结构。在此基础上,针对红外反探测这一应用背景,提出了基于红外超材料吸波结构的热辐射调控方法。本论文的主要工作如下:(1)构建了适用于红外超材料吸波结构的等效电路模型。根据红外超材料吸波结构中的电磁场与电流分布,建立了联系吸波结构的结构参数以及介质层材料参数与谐振频率之间关系的等效电路模型,并结合表面等离子体激元的激发响应特性,得出了影响吸波结构谐振频率的几个关键因素,为多峰和宽频吸波结构设计提供了理论指导。...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 电磁吸波材料简介
1.1.2 传统的结构型吸波材料
1.1.3 基于表面等离子体激元特性的结构型吸波材料
1.2 红外超材料吸波结构的特点
1.3 红外超材料吸波结构的研究现状
1.4 红外超材料吸波结构的应用
1.5 本论文的主要工作及创新
1.6 本论文的结构安排
第二章 周期性阵列结构中表面等离子体激元的激发及光的响应特性研究
2.1 金属的介质色散模型
2.2 传播型与局域型表面等离子体激元
2.2.1 SPP的色散关系
2.2.2 SPP传播的四个特征长度
2.2.3 SPP的激发方式
2.2.4 LSPP及LSPP的激发
2.3 基于表面等离子体激元特性的光学超常透射现象研究
2.3.1 周期性亚波长小孔阵列中光的超常透射现象
2.3.2 周期性亚波长小孔阵列中光的透射研究
2.3.2.1 周期性亚波长小孔阵列的实验制备及测试
2.3.2.2 阵列结构对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.3 孔洞大小对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.4 孔洞形貌对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.5 介质环境对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.6 极化角度对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.7 入射角度对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.4 多层结构中表面等离子体激元的激发及光的响应特性研究
2.5 本章小结
第三章 红外超材料吸波结构的电磁响应特性与谐振行为研究
3.1 等效媒质近似
3.1.1 等效媒质近似理论
3.1.2 等效电磁参数的反演法
3.2 等效电路法
3.3 红外超材料吸波结构的电磁响应特性研究
3.3.1 研究模型
3.3.2 红外吸超材料吸波结构的电磁响应特性分析
3.4 红外超材料吸波结构的谐振行为研究
3.4.1 影响红外超材料吸波结构谐振频率的因素
3.4.2 红外超材料吸波结构的谐振行为分析
3.5 本章小结
第四章 红外超材料吸波结构设计研究
4.1 基于介质层材料设计的多峰和宽频红外超材料吸波结构
4.1.1 基于介质层材料设计的双峰红外超材料吸波结构
4.1.1.1 红外超材料吸波结构的实验制备及测试
4.1.1.2 结构设计
4.1.1.3 吸收效果及吸收机理分析
4.1.2 基于介质层材料设计的宽频红外超材料吸波结构
4.1.2.1 结构设计
4.1.2.2 吸收效果及吸收机理分析
4.2 基于谐振图案设计的多峰和宽频红外超材料吸波结构
4.2.1 基于谐振图案设计的双峰红外超材料吸波结构
4.2.1.1 结构设计
4.2.1.2 吸收效果及吸收机理分析
4.2.2 基于谐振图案设计的宽频红外超材料吸波结构
4.2.2.1 结构设计
4.2.2.2 吸收效果及吸收机理分析
4.3 基于两种谐振调制设计的宽频红外超材料吸波结构
4.3.1 结构设计
4.3.2 吸收效果及吸收机理分析
4.4 基于慢波特性设计的宽频红外超材料吸波结构
4.4.1 结构设计
4.4.2 吸收效果及吸收机理分析
4.5 本章小结
第五章 红外超材料吸波结构热辐射调控研究
5.1 热辐射基本定律与实际物体的热辐射特性
5.1.1 总功率定律
5.1.2 黑体热辐射基本定律
5.1.3 实际物体的热辐射特性
5.1.3.1 发射率的定义
5.1.3.2 Kirchhoff定律
5.1.4 辐射温度
5.2 红外探测与反探测
5.3 红外超材料吸波结构热辐射调控
5.3.1 大气窗口波段内的热辐射调控
5.3.2 非大气窗口波段内的热辐射调控
5.4 本章小结
第六章 全文主要结论与研究展望
6.1 全文主要内容与结论
6.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3789306
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 电磁吸波材料简介
1.1.2 传统的结构型吸波材料
1.1.3 基于表面等离子体激元特性的结构型吸波材料
1.2 红外超材料吸波结构的特点
1.3 红外超材料吸波结构的研究现状
1.4 红外超材料吸波结构的应用
1.5 本论文的主要工作及创新
1.6 本论文的结构安排
第二章 周期性阵列结构中表面等离子体激元的激发及光的响应特性研究
2.1 金属的介质色散模型
2.2 传播型与局域型表面等离子体激元
2.2.1 SPP的色散关系
2.2.2 SPP传播的四个特征长度
2.2.3 SPP的激发方式
2.2.4 LSPP及LSPP的激发
2.3 基于表面等离子体激元特性的光学超常透射现象研究
2.3.1 周期性亚波长小孔阵列中光的超常透射现象
2.3.2 周期性亚波长小孔阵列中光的透射研究
2.3.2.1 周期性亚波长小孔阵列的实验制备及测试
2.3.2.2 阵列结构对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.3 孔洞大小对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.4 孔洞形貌对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.5 介质环境对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.6 极化角度对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.3.2.7 入射角度对周期性亚波长小孔阵列透射性能的影响
2.4 多层结构中表面等离子体激元的激发及光的响应特性研究
2.5 本章小结
第三章 红外超材料吸波结构的电磁响应特性与谐振行为研究
3.1 等效媒质近似
3.1.1 等效媒质近似理论
3.1.2 等效电磁参数的反演法
3.2 等效电路法
3.3 红外超材料吸波结构的电磁响应特性研究
3.3.1 研究模型
3.3.2 红外吸超材料吸波结构的电磁响应特性分析
3.4 红外超材料吸波结构的谐振行为研究
3.4.1 影响红外超材料吸波结构谐振频率的因素
3.4.2 红外超材料吸波结构的谐振行为分析
3.5 本章小结
第四章 红外超材料吸波结构设计研究
4.1 基于介质层材料设计的多峰和宽频红外超材料吸波结构
4.1.1 基于介质层材料设计的双峰红外超材料吸波结构
4.1.1.1 红外超材料吸波结构的实验制备及测试
4.1.1.2 结构设计
4.1.1.3 吸收效果及吸收机理分析
4.1.2 基于介质层材料设计的宽频红外超材料吸波结构
4.1.2.1 结构设计
4.1.2.2 吸收效果及吸收机理分析
4.2 基于谐振图案设计的多峰和宽频红外超材料吸波结构
4.2.1 基于谐振图案设计的双峰红外超材料吸波结构
4.2.1.1 结构设计
4.2.1.2 吸收效果及吸收机理分析
4.2.2 基于谐振图案设计的宽频红外超材料吸波结构
4.2.2.1 结构设计
4.2.2.2 吸收效果及吸收机理分析
4.3 基于两种谐振调制设计的宽频红外超材料吸波结构
4.3.1 结构设计
4.3.2 吸收效果及吸收机理分析
4.4 基于慢波特性设计的宽频红外超材料吸波结构
4.4.1 结构设计
4.4.2 吸收效果及吸收机理分析
4.5 本章小结
第五章 红外超材料吸波结构热辐射调控研究
5.1 热辐射基本定律与实际物体的热辐射特性
5.1.1 总功率定律
5.1.2 黑体热辐射基本定律
5.1.3 实际物体的热辐射特性
5.1.3.1 发射率的定义
5.1.3.2 Kirchhoff定律
5.1.4 辐射温度
5.2 红外探测与反探测
5.3 红外超材料吸波结构热辐射调控
5.3.1 大气窗口波段内的热辐射调控
5.3.2 非大气窗口波段内的热辐射调控
5.4 本章小结
第六章 全文主要结论与研究展望
6.1 全文主要内容与结论
6.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3789306
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3789306.html
