宽光谱超黑光吸收腔的结构设计

发布时间：2021-04-19 07:03

　　为了解决常用光陷阱结构中腔体开口立体角对吸收比的限制,利用低反射比镜面反射镜（250nm～25μm范围内反射比小于5%）,设计了一种斜面微结构腔以及一种四象限超黑光吸收腔。在内壁涂层材料吸收比为0.95的条件下,理论上前者的吸收比可以达到0.999999,后者的吸收比近乎于1,显著的提升了腔体吸收比,实现了宽光谱超黑光吸收腔。 

【文章来源】：计量技术. 2020,(05)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

螺纹倒锥形腔

第一种方案为斜面微结构腔，该方案通过改变腔体底面结构达到减小立体角的效果，将空腔底端改为具有微小倾角的斜面，并在空腔中加入一个具有微结构阵列的带孔(半径与开口半径一致)平面，其结构如图2所示。所设计腔体尺寸为:腔体底面倾角θ约为16.7°，带孔的表面微结构阵列距离腔体底端为50mm，微结构采用底面半径为1mm，高为15mm的圆锥阵列。底端斜面采用黑色反射镜代替喷涂高吸收比材料，使得入射光在底面发生镜面反射，从而斜入射到微结构阵列上。所用黑色反射镜的吸收比大致为0.96，但受限于现有手段，难以计算或是仿真出该腔体的理论吸收比。不过可以首先假定镜面反射不存在漫反射分量，则此时完全消除了第一次反射时该反射面与腔口所夹立体角的影响，即使存在一定的漫反射分量，此处的光泄露也远小于传统的光吸收腔，从而提高腔体吸收比的极限值。

该方案结构如图3所示。方案利用挡板将圆柱空腔分为4个部分，利用黑色反射镜实现入射光在4个部分之间的传输，并在最后一个空腔的底端加上一个倾斜成45°角的平面微结构阵列。腔体内部的任何部分均需要喷涂3M公司的NEXTEL-VelvetCoating 811-21的黑色涂料，其漫反射比约为1.7%。入射光由图3上端的开口进入该吸收腔后，沿着被隔离的中心圆柱腔室首先到达位于腔体正中心底部的黑色反射镜a，光束由此发生镜面反射进入1号腔体，经过反射镜b、c到达2号腔体，再经过反射镜d、e到达3号腔体，然后经过反射镜f、g到达4号腔体，经由位于4号腔体顶端的反射镜h反射到位于4号腔体底端的倾斜平面微结构阵列上。入射光需经过8次镜面反射后方能到达最后一个腔体的底端，相当于将光程变为了之前的5倍，此时，最终反射面对开口的立体角可近似为:

【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳辐照度绝对辐射计吸收腔结构优化[J]. 高鑫,王凯,方伟.  光学精密工程. 2018(03)
[2]点源透射比测试的高性能光陷阱技术研究[J]. 曹智睿,付跃刚.  红外与激光工程. 2017(01)
[3]全吸收旋转式高能激光能量计吸收腔设计[J]. 王振宝,冯国斌,陈绍武,杨鹏翎,吴勇.  红外与激光工程. 2016(12)
[4]“光陷阱”复合式太阳能发电系统[J]. 严祥安,何伟康,刘耀武,杨志洁,王凯.  纺织高校基础科学学报. 2016(01)
[5]石墨锥型高能激光全吸收能量计设计[J]. 魏继锋,蒋志雄,卢飞,周山,常艳,胡晓阳,孙利群,张凯,张卫.  中国激光. 2015(02)
[6]水流吸收型高能激光能量计溯源方法及其溯源体系研究[J]. 魏继锋,张卫,何均章,周山,彭勇,胡晓阳,孙利群,张凯.  强激光与粒子束. 2014(12)
[7]快平衡全吸收式高能激光能量计[J]. 戢运峰,刘卫平,段刘华,姜畅,何中敏,徐作冬,王飞,王莉.  红外与激光工程. 2013(02)
[8]黑体辐射源的发展[J]. 徐恒,韩义中,杨永军.  计测技术. 2009(05)

硕士论文
[1]晶体硅光陷阱结构制备及其抗反射性能研究[D]. 郝子恒.长春理工大学 2015



本文编号：3147076