近表層微結(jié)構(gòu)紅外輻射特性.pdf

1、傳統(tǒng)的熱輻射傳輸理論是基于幾何光學假設(shè)，它不考慮近表層微結(jié)構(gòu)內(nèi)輻射傳輸?shù)牟▌有?yīng)，因而在宏觀尺度熱輻射傳輸計算過程中具有很高的計算效率和精度。但是當材料的結(jié)構(gòu)尺度參數(shù)逐漸接近熱輻射波長時，近表層微結(jié)構(gòu)內(nèi)輻射傳輸?shù)牟▌有?yīng)無法被忽略，傳統(tǒng)的幾何光學不再適用于計算微尺度熱輻射傳輸效應(yīng)。
　　嚴格的電磁場數(shù)值計算方法都是建立在麥克斯韋方程組基礎(chǔ)之上的，能夠精確地模擬電磁場傳播過程，能夠準確地計算微尺度熱輻射傳輸效應(yīng)，但是需要耗費相對較大

2、的計算機內(nèi)存和較多計算時間。
　　本文采用時域有限差分和嚴格耦合波分析這兩種嚴格的電磁場數(shù)值計算方法研究了近表層微結(jié)構(gòu)紅外輻射特性。考慮光的波動效應(yīng)，發(fā)展了部分相干與幾何光學混合算法。并且搭建了微尺度熱輻射特性測量實驗臺，進一步結(jié)合數(shù)值分析解綜合分析微結(jié)構(gòu)的紅外輻射傳輸特性，主要工作包括以下四個方面：
　　1.研究了隨機粗糙表面雙向反射特性，考察了氧化膜以及表面水膜污染對隨機粗糙表面紅外輻射特性的影響。考慮了氧化膜引起的光的

3、部分相干性，發(fā)展了部分相干與幾何光學混合算法，研究一維隨機粗糙硅表面及其包覆氧化硅膜后的輻射特性。將部分相干與幾何光學混合算法與時域有限差分法的計算結(jié)果進行比較分析，找出部分相干與幾何光學混合算法的適用范圍，確定其計算精度。
　　2.對金屬光柵的紅外輻射特性進行研究，尤其是對其獨特的共振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及變化規(guī)律進行了詳細地分析。研究非金屬及復合光柵的特性，找出不同共振波長下的不同的空腔共振模式。對微尺度正弦結(jié)構(gòu)鋁光柵樣本進行測量，

4、并且與數(shù)值計算結(jié)果進行比較分析。
　　3.考察金屬氧化后的氧化膜對兩種不同結(jié)構(gòu)光柵(矩形光柵和鋸齒形光柵)的輻射特性產(chǎn)生的影響。研究加工誤差對光柵紅外輻射特性產(chǎn)生的影響，并且發(fā)現(xiàn)了由于表面波、斜入射波以及散射波的耦合形成的光學漩渦現(xiàn)象。
　　4.設(shè)計了內(nèi)嵌周期性圓柱形光學黑洞的光學平板結(jié)構(gòu)，突破了常見的波長選擇性吸收結(jié)構(gòu)對光特定偏振方向的局限性?？紤]目前的加工精度問題，研究和討論了橢圓柱形光學黑洞的紅外輻射特性。設(shè)計了方柱形