基于一维光子晶体薄膜的中远红外辐射、激射、透射调控研究

发布时间：2020-08-02 12:27

【摘要】：日光中红外波段的光包含了大部分的能量,与此同时,位于3~5μm、8~13μm的红外光在穿过大气的时候光能量损失极小,红外波段的光的辐射/激射/透射调控结构在红外光通信、遥感、红外热成像、建筑节能等领域有很广泛的运用需求。一维亚波长结构可对红外光辐射/激射/透射实现灵活调控,因此本论文主要研究制备了一维红外辐射调控结构红外窄带辐射源、一维红外激射调控结构红外激光器、一维红外透射调控结构掺杂氧化钒薄膜。首先介绍了一维光子晶体薄膜构成的分布式布拉格反射镜(DBR)原理,然后研究了基于金属-介质DBR非对称腔耦合型窄带辐射源以及基于介质DBR对称腔嵌埋纳米基的中红外激光器的制备及其性能,最后研究了双靶共溅射制备红外透射调控结构掺W氧化钒薄膜的制备工艺及其光学性能。主要取得的研究结果概括如下:1、用一维光子晶体多层膜的结构,根据布拉格反射原理制备金属-介质分布式布拉格反射镜(DBR)非对称腔耦合型红外窄带辐射源样品。我们成功搭建了一套可测试变角度、变温偏振辐射谱测试系统,对所制备的窄带辐射源样品进行变温、变角度偏振辐射谱测试。测试结果说明我们通过金属-介质DBR非对称腔结构制备的窄带辐射源样品,在8~13μm有窄带辐射调控特性,样品0度角下辐射峰位在10.4μm,率高达92%,品质(Q)因子67。变角度后会出现辐射峰位的蓝移,并出现s、p辐射峰劈裂特性。在90℃下直径2 mm的圆形接受范围内测试辐射功率高达2.27 mW,最后通过对所制备的窄带辐射源样品以金膜作为参照进行红外辐射成像,很直观的说明所制备的窄带辐射源样品具有很好的红外辐射性能。2、采用介质布拉格反射镜(DBR)对称光学微腔嵌埋二维黑磷材料的结构,成功实现了3~5μm中红外波段的激射,所制备的为10*10 mm尺寸样品,激射峰位在3.6μm,带宽7 nm,品质因子514。通过理论计算不同腔长光学微腔可知该结构可实现3.5~3.9μm近400 nm范围内实现激射调控。3、提出采用红外透射谱快速表征金属V薄膜的物理厚,通过负指数关系拟合得出单层金属V薄膜1.5μm处透过率与其物理厚度关系呈T=66.65×e~(-d/13.14)+3.08的关系。提出采用双靶共溅射的方法,结合光谱拟合精确控制膜厚、真空预退火、氧分压退火等工艺,成功制备了0%、0.5%、1%、1.5%、2%不同掺W比的VO_2薄膜。验证了不同掺杂比对应的相变温度关系。由这一方法所制得的1%掺杂比的样品高(100℃)低(10℃)温红外调节率达到了43%,可见透过率也达到40%左右,具有很好的红外调节性能及可见透光性能,是一种良好的太阳能红外辐射调节薄膜。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O484
【图文】：

图 1-1-2 大气窗口分布图(图片来源于 https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared)外激光器的主要应用领域前一节所说，在 3~5 μm 的大气窗口波段，大气对红外光的吸收段的激光激射在激光光谱学 、遥感 、医疗环保及军事等诸多应用价值和前景。特别的是 3~5 μm 的红外波段激光对高温物体监控森林火灾、活火山等方面具有很高的运用前景，属于热遥可少的手段。图 1-1-3(a)为红外激光干涉光路图，图 1-1-3(b)为通信号进行光通信的概念原理图，激光的少模特性大大降低了光通率，图 1-1-3(c)为针对特定气体的红外气敏探测仪器，图 1-1-3(d制导的导弹系统，可以实现目标的精准打击。

图 1-1-2 大气窗口分布图(图片来源于 https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared)红外激光器的主要应用领域如前一节所说，在 3~5 μm 的大气窗口波段，大气对红外光的吸收是一波段的激光激射在激光光谱学 、遥感 、医疗环保及军事等诸多领的应用价值和前景。特别的是 3~5 μm 的红外波段激光对高温物体识遥感监控森林火灾、活火山等方面具有很高的运用前景，属于热遥感不可少的手段。图 1-1-3(a)为红外激光干涉光路图，图 1-1-3(b)为通过光信号进行光通信的概念原理图，激光的少模特性大大降低了光通信码率，图 1-1-3(c)为针对特定气体的红外气敏探测仪器，图 1-1-3(d)为光制导的导弹系统，可以实现目标的精准打击。

子阱-光子晶体增强型红外窄带辐射源结构图及其在 150℃的发射谱(图于 Menaka De Zoysa et al. ,Nature photonics146(2012) 535)研究较多的是等离激元增强型红外窄带辐射源[6][42][43][44]，此类改变阵列周期来调节辐射峰位。如图 1-2-2 所示的红外窄带辐料吸收体，包括底层金属层、中间介质层以及表面十字结构金表面等离激元效应增强红外窄带辐射性能，并通过调整表面十辐射波长，图 1-2-2 所示单通道和双通道的结构可分别实现单

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8 王s

本文编号：2778509