基于极化材料的热辐射研究

发布时间：2022-10-19 15:52

　　热辐射作为生活中常见而易被忽略的一种现象,在隐身、热管理、能源利用以及红外检测等军用和民用领域发挥着重要的作用。近年来,随着微纳光子学的飞速发展,法布里-珀罗光学腔、光栅、光子晶体以及超表面等微纳结构的研究愈发成熟,人们将这些结构应用到热辐射中,在提高了器件集成度的同时,为热辐射的光谱和空间调控提供了更多的选择度和自由度。目前的研究大部分采用了金属材料,存在着光学损耗高、宽带辐射的缺点。作为金属的替代品,极化材料为一种工作在红外和太赫兹波段的新型材料,在剩余射线带（介电常数小于零时对应的波段）内表现为类似于金属的特性,内部的声子具有寿命长、光学损耗低的特点,使得窄带热辐射器的研究实现了突破性进展,另外,极化材料特有的超强亚波长局域能力,使得微纳结构的尺寸大大降低。然而,由于极化材料内部存在着丰富的模式,因此基于极化材料的热辐射器往往伴随着复杂且不必要的寄生辐射峰,能量无法得到有效的利用。另外,以往提出的窄带热辐射器存在着厚度太大或者加工过程过于繁琐的问题。最后,基于极化材料的热辐射器仍然停留在静态调控的范畴,人们只能通过二次设计和加工来改变其光学特性,然而现有的电学调控、光学调控、机械... 

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 热辐射光谱调控的研究进展
        1.2.1 静态调控
        1.2.2 动态调控
    1.3 基于极化材料的热辐射的研究现状
        1.3.1 极化材料的发展历史
        1.3.2 基于极化材料的热辐射的研究进展
    1.4 课题研究的目的
    1.5 本论文的研究内容
2 基于极化材料的热辐射的研究方法
    2.1 热辐射的理论基础
        2.1.1 基尔霍夫定律
        2.1.2 普朗克辐射定律
    2.2 极化材料的理论基础
        2.2.1 光学波的宏观理论:TO和LO的引入
        2.2.2 LST关系:ω_(TO)和ω_(LO)的推导
        2.2.3 极化材料的色散关系:洛伦兹模型
        2.2.4 光与极化材料的耦合:PhPs和SPhPs
        2.2.5 极化材料的折射率椭球方程
    2.3 基于极化材料的热辐射的计算方法
        2.3.1 有限元法
        2.3.2 薄膜传输矩阵法
        2.3.3 薄膜有效界面法
    2.4 基于极化材料的热辐射的实验方法
        2.4.1 薄膜沉积工艺
        2.4.2 结构加工工艺
        2.4.3 光学表征方法
    2.5 本章小结
3 基于各向同性极化材料SiC的热辐射光谱静态调控
    3.1 各向同性极化材料碳化硅SiC的光学特性
    3.2 单峰窄带热辐射器的结构
    3.3 单峰窄带热辐射器的红外特性研究
        3.3.1 辐射/吸收特性
        3.3.2 角度特性
        3.3.3 偏振特性
        3.3.4 耐高温特性
    3.4 单峰窄带热辐射器的物理机制研究
    3.5 本章小结
4 基于各向异性极化材料α-MoO_3的热辐射光谱静态调控
    4.1 Berreman模式的概念和发展历史
    4.2 各向异性极化材料正交相氧化钼α-MoO_3的光学性质
    4.3 超薄型窄带热辐射器的结构
    4.4 超薄型窄带热辐射器的红外特性研究
        4.4.1 辐射/吸收特性
        4.4.2 角度特性
        4.4.3 偏振特性
    4.5 超薄型窄带热辐射器的物理机制研究
    4.6 本章小结
5 基于各向同性极化材料SiC的热辐射光谱动态调控
    5.1 硫系相变材料锗锑碲合金GST简介
    5.2 可调热辐射器的结构
    5.3 可调热辐射器的红外特性研究
        5.3.1 辐射/吸收特性
        5.3.2 角度特性
        5.3.3 连续可调特性
    5.4 可调热辐射器的物理机制研究
    5.5 本章小结
6 总结和展望
参考文献
作者简介
攻读博士期间所取得的科研成果



本文编号：3693655