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(xué)假設(shè)，它不考慮近表層微結(jié)構(gòu)內(nèi)輻射傳輸?shù)牟▌?dòng)效應(yīng)，因而在宏觀尺度熱輻射傳輸計(jì)算過(guò)程中具有很高的計(jì)算效率和精度。但是當(dāng)材料的結(jié)構(gòu)尺度參數(shù)逐漸接近熱輻射波長(zhǎng)時(shí)，近表層微結(jié)構(gòu)內(nèi)輻射傳輸?shù)牟▌?dòng)效應(yīng)無(wú)法被忽略，傳統(tǒng)的幾何光學(xué)不再適用于計(jì)算微尺度熱輻射傳輸效應(yīng)。
　　嚴(yán)格的電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)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(chǎng)傳播過(guò)程，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算微尺度熱輻射傳輸效應(yīng)，但是需要耗費(fèi)相對(duì)較大

2、的計(jì)算機(jī)內(nèi)存和較多計(jì)算時(shí)間。
　　本文采用時(shí)域有限差分和嚴(yán)格耦合波分析這兩種嚴(yán)格的電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法研究了近表層微結(jié)構(gòu)紅外輻射特性?？紤]光的波動(dòng)效應(yīng)，發(fā)展了部分相干與幾何光學(xué)混合算法。并且搭建了微尺度熱輻射特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)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(gè)方面：
　　1.研究了隨機(jī)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(duì)隨機(jī)粗糙表面紅外輻射特性的影響?？紤]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(xué)混合算法，研究一維隨機(jī)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(xué)混合算法與時(shí)域有限差分法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，找出部分相干與幾何光學(xué)混合算法的適用范圍，確定其計(jì)算精度。
　　2.對(duì)金屬光柵的紅外輻射特性進(jìn)行研究，尤其是對(duì)其獨(dú)特的共振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)地分析。研究非金屬及復(fù)合光柵的特性，找出不同共振波長(zhǎng)下的不同的空腔共振模式。對(duì)微尺度正弦結(jié)構(gòu)鋁光柵樣本進(jìn)行測(cè)量，

4、并且與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。
　　3.考察金屬氧化后的氧化膜對(duì)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(duì)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(xué)漩渦現(xiàn)象。
　　4.設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌周期性圓柱形光學(xué)黑洞的光學(xué)平板結(jié)構(gòu)，突破了常見(jiàn)的波長(zhǎng)選擇性吸收結(jié)構(gòu)對(duì)光特定偏振方向的局限性?？紤]目前的加工精度問(wèn)題，研究和討論了橢圓柱形光學(xué)黑洞的紅外輻射特性。設(shè)計(jì)了方柱形