本文選題：周期性微結(jié)構(gòu)表面　切入點(diǎn)：嚴(yán)格耦合波分析法　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電子、機(jī)械、航天、生物、醫(yī)藥學(xué)等各領(lǐng)域的設(shè)備器件均從傳統(tǒng)工藝向微型工藝發(fā)展，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)成為一個新興的技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微小型化使得工業(yè)界面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的境地。一方面，微小型化產(chǎn)生了系統(tǒng)散熱困難，熱光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率低等問題；另一方面，微結(jié)構(gòu)內(nèi)具有的一些特殊輻射特性為上述問題的解決提供了新的方案和思路。目前，已有諸多研究工作針對利用微結(jié)構(gòu)的輻射特性，滿足工業(yè)應(yīng)用需求，解決技術(shù)難題。但由于微結(jié)構(gòu)輻射特性研究仍處于起步階段，很多設(shè)計(jì)難以滿足工業(yè)要求。 基于上述研究背景，為深入發(fā)展微尺度結(jié)構(gòu)表面輻射特性調(diào)控技術(shù)，利用其特點(diǎn)解決工業(yè)技術(shù)難題，提高應(yīng)用系統(tǒng)性能，本文針對以輻射為主要能量傳遞和轉(zhuǎn)換方式的應(yīng)用領(lǐng)域，如熱光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、航天器熱控制系統(tǒng)等，對周期性微結(jié)構(gòu)表面的輻射特性進(jìn)行了研究，，提出了選擇性吸收峰等效帶寬的拓寬技術(shù)和三種主動調(diào)控光譜特性的周期性微結(jié)構(gòu)。使用嚴(yán)格耦合波分析法，結(jié)合等效LC回路模型理論，對提出的微結(jié)構(gòu)表面輻射特性和輻射機(jī)理進(jìn)行了研究，有效改善了系統(tǒng)輻射性能，進(jìn)一步滿足了工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需要，為實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。其中主要工作包括： 鑒于周期性光柵結(jié)構(gòu)表面光譜輻射特性具有不同的機(jī)制，本文分別研究了光柵輻射特性隨入射波類型、入射角度、光柵結(jié)構(gòu)尺度和材料的變化規(guī)律。結(jié)果表明，磁極化比等離子激元極化更適宜作為調(diào)節(jié)輻射特性的共振機(jī)制。該機(jī)制形成的共振峰位置、峰值大小和半波全寬均可按規(guī)律通過光柵幾何結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。材料的吸收性能與其消光系數(shù)和折射率的比值κ/n成反比。金屬鋁、金和銀因其在中遠(yuǎn)紅外波段恒定的吸收率及較強(qiáng)的導(dǎo)電性而較適合選作微結(jié)構(gòu)表面的加工材料。 實(shí)際應(yīng)用中常遇到簡單光柵結(jié)構(gòu)的高吸收率共振峰過窄，不能滿足航天器熱控系統(tǒng)的寬譜帶波長選擇性散熱需求的問題。本文進(jìn)行了等效吸收帶寬的拓寬方法研究，提出了二重凹槽光柵和復(fù)雜二重凹槽光柵兩種等效吸收帶寬拓寬結(jié)構(gòu)。該方法通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同波段共振峰的毗連，從而達(dá)到在寬波段范圍激發(fā)高吸收率峰的目的。研究結(jié)果通過等效帶寬增益系數(shù)的比較，證實(shí)該兩種結(jié)構(gòu)可以有效提高指定波段的等效吸收帶寬。 實(shí)現(xiàn)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境變化主動調(diào)節(jié)表面的光譜輻射特性有助于在實(shí)際應(yīng)用中提高輻射散熱設(shè)備的機(jī)動能力。本文提出了移動蓋板光柵結(jié)構(gòu)、填充液光柵結(jié)構(gòu)和梳齒微驅(qū)動器光柵結(jié)構(gòu)三種光譜輻射特性主動調(diào)控方法，并對其共振激發(fā)機(jī)制和調(diào)控規(guī)律進(jìn)行了研究。研究表明，此三種結(jié)構(gòu)可分別通過改變蓋板厚度和位置，調(diào)節(jié)填充液材料和高度，以及調(diào)整梳齒幾何尺寸和位置對光柵光譜輻射特性進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)加工成型后的輻射特性調(diào)控功能，加強(qiáng)了微結(jié)構(gòu)表面光譜輻射特性調(diào)控能力的靈活性和在不同應(yīng)用環(huán)境下的兼容性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK121;TH-39

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本文編號：1664995