超表面调控红外热辐射及应用
发布时间：2021-04-08 06:13
自然界物体的红外热辐射大多是非相干光（宽光谱,无偏振,辐射率不随角度变化）,改变其温度是调控热辐射功率的唯一手段。近几十年来,随着纳米科技的发展,超表面通过波长或亚波长尺寸的结构与光相互作用产生了许多新奇的电磁场行为,为调控物体的红外热辐射提供了更多自由度。调控物体的红外热辐射在温度管理、能源利用、热信息处理等领域有着重要应用,但目前的调控技术在许多应用领域仍存在局限性。比如,面对多波段探测技术的整合,还未发展出经济有效的多波段隐身技术;圆偏振光的直接热辐射在量子计算和传感等领域有重大应用,但目前这方面的研究较少。除此之外,目前的技术还不能实现宽光谱的热辐射空间角调控。因此,本文以红外热隐身、红外热加密、能源等领域为应用背景,通过理论分析、数值仿真和实验测试等手段探究超表面对热辐射光谱、圆偏振态和空间角的调控行为。在超表面调控热辐射光谱方面,本文展示了对红外热辐射光谱的静态和动态调控。在静态光谱调控研究中,本文通过三层膜或简单光栅实现了多波段兼容的光谱选择性辐射,解决了红外热隐身与辐射制冷、激光雷达隐身、可见光迷彩隐身技术之间的光谱冲突,从而实现热管理协同的多波段（可见、红外、激光雷达...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１热辐射示意图
?＾???从而实现窄光谱辐射。浅光栅的辐射波长随着其周期增大而红移（图１．２（ｂ））。??（３）法布里－珀罗谐振腔［２７，２８］——电磁波在两端金属反射作用下来回振荡，部分波长有??稳定的电场驻波其热辐射得到增强，达到选频效果。例如，Ｄａｈａｎ等提出的谐振腔??结构其辐射波长取决于谐振腔宽度、电介质材料等，该波长的辐射功率则可通过谐??振腔深度调节［２８］（图１．２（ｃ））。??（４）超材料［２９＿３５］——特定波长的电磁场被局域在亚波长尺寸区域（图１．２?（ｄ）），因此设??计自由度很高。另外，由于包含了波矢空间的许多傅里叶分量，其热辐射通常是宽??角度的［３Ｇ，３４］。??面对不同的辐射光谱需求，可以恰当选择以上结构，使用一种或多种谐振模式，比如：??通过组合多个尺寸的超材料实现多波段辐射［３１］；通过同一结构内的多极子谐振实现指定宽??带的光谱选择性辐射［３Ｍ８］（图１．２（ｅ））等。此外，联合折射率与温度有依赖关系的材料还??可以实现由温度对辐射光谱的动态调控。比如，Ｄｕ等提出锗锑碲合金（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５，?ＧＳＴ）??薄膜在加热情况下的原子排布状态会经历从非晶态到晶态的改变，折射率和消光系数均显??著增大，从而其薄膜谐振引起的热辐射光谱由于折射率的增大而红移且增强［３９］（图１．２（ｆ））。??在此基础上结合其他微纳结构组成的超表面可以实现更丰富的热辐射光谱调控功能。??（ａ）?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（｛ｉｍ｝?（ｂ）?；??＇?—？?—?－?－?■?：（ｃ）?〇?８．—■—ｉ—■—ｉ—■—ｓ—．—ｉ—■—ｉ—■—??１４?１２?１０?９?８?７?６?５?＇?Ｍｅａｓｕｒｅ
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本文编号：3125015
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１热辐射示意图
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