自然界物體的紅外熱輻射大多是非相干光（寬光譜,無(wú)偏振,輻射率不隨角度變化）,改變其溫度是調(diào)控?zé)彷椛涔β实奈ㄒ皇侄�。近幾十年�?lái),隨著納米科技的發(fā)展,超表面通過(guò)波長(zhǎng)或亞波長(zhǎng)尺寸的結(jié)構(gòu)與光相互作用產(chǎn)生了許多新奇的電磁場(chǎng)行為,為調(diào)控物體的紅外熱輻射提供了更多自由度。調(diào)控物體的紅外熱輻射在溫度管理、能源利用、熱信息處理等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用,但目前的調(diào)控技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域仍存在局限性。比如,面對(duì)多波段探測(cè)技術(shù)的整合,還未發(fā)展出經(jīng)濟(jì)有效的多波段隱身技術(shù);圓偏振光的直接熱輻射在量子計(jì)算和傳感等領(lǐng)域有重大應(yīng)用,但目前這方面的研究較少。除此之外,目前的技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)寬光譜的熱輻射空間角調(diào)控。因此,本文以紅外熱隱身、紅外熱加密、能源等領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用背景,通過(guò)理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等手段探究超表面對(duì)熱輻射光譜、圓偏振態(tài)和空間角的調(diào)控行為。在超表面調(diào)控?zé)彷椛涔庾V方面,本文展示了對(duì)紅外熱輻射光譜的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)控。在靜態(tài)光譜調(diào)控研究中,本文通過(guò)三層膜或簡(jiǎn)單光柵實(shí)現(xiàn)了多波段兼容的光譜選擇性輻射,解決了紅外熱隱身與輻射制冷、激光雷達(dá)隱身、可見光迷彩隱身技術(shù)之間的光譜沖突,從而實(shí)現(xiàn)熱管理協(xié)同的多波段（可見、紅外、激光雷達(dá)... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１熱輻射示意圖

?＾???從而實(shí)現(xiàn)窄光譜輻射。淺光柵的輻射波長(zhǎng)隨著其周期增大而紅移（圖１．２（ｂ））。??（３）法布里－珀羅諧振腔［２７，２８］——電磁波在兩端金屬反射作用下來(lái)回振蕩，部分波長(zhǎng)有??穩(wěn)定的電場(chǎng)駐波其熱輻射得到增強(qiáng)，達(dá)到選頻效果。例如，Ｄａｈａｎ等提出的諧振腔??結(jié)構(gòu)其輻射波長(zhǎng)取決于諧振腔寬度、電介質(zhì)材料等，該波長(zhǎng)的輻射功率則可通過(guò)諧??振腔深度調(diào)節(jié)［２８］（圖１．２（ｃ））。??（４）超材料［２９＿３５］——特定波長(zhǎng)的電磁場(chǎng)被局域在亞波長(zhǎng)尺寸區(qū)域（圖１．２?（ｄ）），因此設(shè)??計(jì)自由度很高。另外，由于包含了波矢空間的許多傅里葉分量，其熱輻射通常是寬??角度的［３Ｇ，３４］。??面對(duì)不同的輻射光譜需求，可以恰當(dāng)選擇以上結(jié)構(gòu)，使用一種或多種諧振模式，比如：??通過(guò)組合多個(gè)尺寸的超材料實(shí)現(xiàn)多波段輻射［３１］；通過(guò)同一結(jié)構(gòu)內(nèi)的多極子諧振實(shí)現(xiàn)指定寬??帶的光譜選擇性輻射［３Ｍ８］（圖１．２（ｅ））等。此外，聯(lián)合折射率與溫度有依賴關(guān)系的材料還??可以實(shí)現(xiàn)由溫度對(duì)輻射光譜的動(dòng)態(tài)調(diào)控。比如，Ｄｕ等提出鍺銻碲合金（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５，?ＧＳＴ）??薄膜在加熱情況下的原子排布狀態(tài)會(huì)經(jīng)歷從非晶態(tài)到晶態(tài)的改變，折射率和消光系數(shù)均顯??著增大，從而其薄膜諧振引起的熱輻射光譜由于折射率的增大而紅移且增強(qiáng)［３９］（圖１．２（ｆ））。??在此基礎(chǔ)上結(jié)合其他微納結(jié)構(gòu)組成的超表面可以實(shí)現(xiàn)更豐富的熱輻射光譜調(diào)控功能。??（ａ）?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（｛ｉｍ｝?（ｂ）?；??＇?—？?—?－?－?■?：（ｃ）?〇?８．—■—ｉ—■—ｉ—■—ｓ—．—ｉ—■—ｉ—■—??１４?１２?１０?９?８?７?６?５?＇?Ｍｅａｓｕｒｅ

ｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??（ｂ）?：：：ｒ?｜２７?ｒａ?．??２．５＿＿?■?／＇??〇２．０－＾＿?Ｍ?／ＲＣＰ．?ｒ￥６〇?７．?Ｐｉ（＊?ｌｒ?．?．?ＩＩ１??°＾ｆ?ＬＣＰ?ｉｆ?ＲＣＰ?Ｉ?＼?Ｓ?．?＾令、＇?Ｌ??ｖＪ．?ｕ?＂ｔ＾－１?■?１?１?■?１?ｒ－￣￣?１?氣?？］?■０?５?ｎ?ＯＳ?Ｉ?１?孓??０．０?０．５?１．００．０?０．５?１．０?Ａ?ｒ?、?＂??Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ?Ｂａｎｄ?人％：?（７１／Ａ）??圖１．３紅外熱輻射圓偏振調(diào)控器件。（ａ）基于手性有機(jī)物材料的圓偏振選擇性吸收＃１。（ｂ）手性??光子晶體的圓偏振選擇性吸收［４５］。（ｃ）手性ＭＩＭ結(jié)構(gòu)的圓偏振選擇性吸收［４６］。（ｄ）類似Ｒａｓｈｂａ??效應(yīng)的圓偏振輻射空間分離ｔ４＇??相比之下，圓偏振光通常由線偏振光經(jīng)相位延遲器轉(zhuǎn)換得來(lái)。近年來(lái)，已經(jīng)有許多表??面等離激元結(jié)構(gòu)［４８—５８］應(yīng)用于圓偏振片。然而，直接獲得圓偏振光顯然有利于光路元件數(shù)量??的減少?gòu)亩龠M(jìn)光學(xué)器件的小型化和集成化。因此，也有研究關(guān)注圓偏振的直接熱輻射一??一輻射光只帶左旋或右旋圓偏振分量。實(shí)現(xiàn)圓偏振熱輻射選擇性吸收的超表面可應(yīng)用于圓??偏振熱輻射，它們通常具備手性特征１４４４６，５９，６＆１。比如：￥３１＾等￥１利用有機(jī)物自身天然結(jié)??構(gòu)的手性實(shí)現(xiàn)圓偏振選擇性的吸收（圖１．３（ａ））；?１＾飲等［４５］通過(guò)逐層旋轉(zhuǎn)疊加得到的三維??４??


本文編號(hào)：3125015