熱輻射作為生活中常見而易被忽略的一種現(xiàn)象,在隱身、熱管理、能源利用以及紅外檢測等軍用和民用領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。近年來,隨著微納光子學(xué)的飛速發(fā)展,法布里-珀羅光學(xué)腔、光柵、光子晶體以及超表面等微納結(jié)構(gòu)的研究愈發(fā)成熟,人們將這些結(jié)構(gòu)應(yīng)用到熱輻射中,在提高了器件集成度的同時,為熱輻射的光譜和空間調(diào)控提供了更多的選擇度和自由度。目前的研究大部分采用了金屬材料,存在著光學(xué)損耗高、寬帶輻射的缺點。作為金屬的替代品,極化材料為一種工作在紅外和太赫茲波段的新型材料,在剩余射線帶（介電常數(shù)小于零時對應(yīng)的波段）內(nèi)表現(xiàn)為類似于金屬的特性,內(nèi)部的聲子具有壽命長、光學(xué)損耗低的特點,使得窄帶熱輻射器的研究實現(xiàn)了突破性進(jìn)展,另外,極化材料特有的超強(qiáng)亞波長局域能力,使得微納結(jié)構(gòu)的尺寸大大降低。然而,由于極化材料內(nèi)部存在著豐富的模式,因此基于極化材料的熱輻射器往往伴隨著復(fù)雜且不必要的寄生輻射峰,能量無法得到有效的利用。另外,以往提出的窄帶熱輻射器存在著厚度太大或者加工過程過于繁瑣的問題。最后,基于極化材料的熱輻射器仍然停留在靜態(tài)調(diào)控的范疇,人們只能通過二次設(shè)計和加工來改變其光學(xué)特性,然而現(xiàn)有的電學(xué)調(diào)控、光學(xué)調(diào)控、機(jī)械... 

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 熱輻射光譜調(diào)控的研究進(jìn)展
        1.2.1 靜態(tài)調(diào)控
        1.2.2 動態(tài)調(diào)控
    1.3 基于極化材料的熱輻射的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 極化材料的發(fā)展歷史
        1.3.2 基于極化材料的熱輻射的研究進(jìn)展
    1.4 課題研究的目的
    1.5 本論文的研究內(nèi)容
2 基于極化材料的熱輻射的研究方法
    2.1 熱輻射的理論基礎(chǔ)
        2.1.1 基爾霍夫定律
        2.1.2 普朗克輻射定律
    2.2 極化材料的理論基礎(chǔ)
        2.2.1 光學(xué)波的宏觀理論:TO和LO的引入
        2.2.2 LST關(guān)系:ω_(TO)和ω_(LO)的推導(dǎo)
        2.2.3 極化材料的色散關(guān)系:洛倫茲模型
        2.2.4 光與極化材料的耦合:PhPs和SPhPs
        2.2.5 極化材料的折射率橢球方程
    2.3 基于極化材料的熱輻射的計算方法
        2.3.1 有限元法
        2.3.2 薄膜傳輸矩陣法
        2.3.3 薄膜有效界面法
    2.4 基于極化材料的熱輻射的實驗方法
        2.4.1 薄膜沉積工藝
        2.4.2 結(jié)構(gòu)加工工藝
        2.4.3 光學(xué)表征方法
    2.5 本章小結(jié)
3 基于各向同性極化材料SiC的熱輻射光譜靜態(tài)調(diào)控
    3.1 各向同性極化材料碳化硅SiC的光學(xué)特性
    3.2 單峰窄帶熱輻射器的結(jié)構(gòu)
    3.3 單峰窄帶熱輻射器的紅外特性研究
        3.3.1 輻射/吸收特性
        3.3.2 角度特性
        3.3.3 偏振特性
        3.3.4 耐高溫特性
    3.4 單峰窄帶熱輻射器的物理機(jī)制研究
    3.5 本章小結(jié)
4 基于各向異性極化材料α-MoO_3的熱輻射光譜靜態(tài)調(diào)控
    4.1 Berreman模式的概念和發(fā)展歷史
    4.2 各向異性極化材料正交相氧化鉬α-MoO_3的光學(xué)性質(zhì)
    4.3 超薄型窄帶熱輻射器的結(jié)構(gòu)
    4.4 超薄型窄帶熱輻射器的紅外特性研究
        4.4.1 輻射/吸收特性
        4.4.2 角度特性
        4.4.3 偏振特性
    4.5 超薄型窄帶熱輻射器的物理機(jī)制研究
    4.6 本章小結(jié)
5 基于各向同性極化材料SiC的熱輻射光譜動態(tài)調(diào)控
    5.1 硫系相變材料鍺銻碲合金GST簡介
    5.2 可調(diào)熱輻射器的結(jié)構(gòu)
    5.3 可調(diào)熱輻射器的紅外特性研究
        5.3.1 輻射/吸收特性
        5.3.2 角度特性
        5.3.3 連續(xù)可調(diào)特性
    5.4 可調(diào)熱輻射器的物理機(jī)制研究
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)和展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
攻讀博士期間所取得的科研成果



本文編號：3693655