光學(xué)天線具有小于光波長(zhǎng)的物理尺寸和微結(jié)構(gòu)調(diào)控的光學(xué)性質(zhì),在中紅外波段能實(shí)現(xiàn)紅外吸收和輻射性能的操縱,因此在紅外探測(cè)成像、隱身偽裝及輻射致冷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文對(duì)貼片天線的紅外輻射特性進(jìn)行了深入研究,設(shè)計(jì)并制備了不同幾何尺寸的貼片天線樣品,實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明通過(guò)幾何尺寸的改變能夠?qū)崿F(xiàn)紅外輻射波長(zhǎng)在4-6μm范圍內(nèi)的任意變化,此外論文還探究了石墨烯可調(diào)材料對(duì)天線樣品紅外輻射的動(dòng)態(tài)調(diào)諧效應(yīng)。論文研究結(jié)果對(duì)于發(fā)展紅外輻射特性可變的人工結(jié)構(gòu)材料具有研究?jī)r(jià)值。論文的主要研究工作包括:（1）基于有限元數(shù)值計(jì)算方法,建立了紅外貼片天線仿真模型,設(shè)計(jì)了紅外輻射特性可控的貼片天線。論文利用高頻結(jié)構(gòu)仿真器（High Frequency Structure Simulator,HFSS）分別設(shè)計(jì)了靜態(tài)可調(diào)和動(dòng)態(tài)可調(diào)的圓盤貼片天線。其中靜態(tài)可調(diào)的圓盤貼片天線由300 nm Cu、100 nm ZnSe和半徑為0.4-0.6μm的Au圓盤陣列組成,動(dòng)態(tài)可調(diào)的圓盤貼片天線由在靜態(tài)可調(diào)圓盤貼片天線中引入石墨烯構(gòu)成,其中石墨烯位于介質(zhì)層和Au圓盤之間。仿真結(jié)果表明當(dāng)圓盤直徑變化時(shí),靜態(tài)可調(diào)圓盤貼片天線的輻射峰... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

空間中半無(wú)限大的金屬-介質(zhì)界面[6]

第二章天線的熱輻射基礎(chǔ)理論9xiEzezEx,（2-9）經(jīng)過(guò)麥克斯韋方程組和邊界條件的求解，最終可以得到傳播模式的表面電磁波的色散關(guān)系為mdmdxkk0（2-10）其中，ck0為真空中的電磁波波矢。同時(shí)，也可求得表面電磁波在金屬-介質(zhì)界面上的波長(zhǎng)和衰減長(zhǎng)度，分別以sp和spL表示。mddsp10（2-11）2302mdmdmmspkL（2-12）其中，m和m分別表示金屬介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。表面電磁波的電場(chǎng)分布在金屬-介質(zhì)界面的分布如下圖2-2所示。圖2-2SPP在介質(zhì)和金屬中的穿透深度曲線從上圖中我們可以看到，表面增強(qiáng)場(chǎng)在金屬中的穿透深度和場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋范圍要比在介質(zhì)中的小的多，可見(jiàn)SPP的能量主要集中在介質(zhì)層中。但是自由電子氣的疏密波只能在金屬中形成，由于表面電磁波是自由電子氣疏密波產(chǎn)生的，那么表面電磁波的波動(dòng)方程同樣適用于自由電子氣疏密波，即具有同樣的波長(zhǎng)和頻率。其實(shí)我們還可以從（2-10）波矢公式中定義出一個(gè)金屬-介質(zhì)界面的有效介電常數(shù)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10dm，其公式如下。mdmddm（2-13）這個(gè)金屬-介質(zhì)界面的有效介電常數(shù)不只是適用于SPP模式，同樣適用于LSP模式。圖2-3矩形三維諧振腔之前我們提到，局域表面等離子體激元的激發(fā)不需棱鏡和光柵，但同樣其局限性在于有效金屬-介質(zhì)界面必須是有限的，換句話說(shuō)就是要有諧振腔能夠使自由電子氣實(shí)現(xiàn)疏密波。所以在此，我們先要了解光學(xué)諧振腔原理。光學(xué)諧振腔是激光器不可缺少的部分，它的作用是提供激光震蕩所必須的負(fù)反饋，選擇震蕩模式，并且為激光輸出腔外提供一定的耦合。如圖2-3所示，考慮一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、l矩形諧振腔中的本征模式，麥克斯韋方程的本征解的電場(chǎng)分量為：tiztiytixpnmpnmpnmezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxE,,,,,,sincossin,,,sinsincos,,,cossinsin,,,000（2-14）其中，波矢zzyyxxekekekk，amkx，bnky，lpkz，pnm)3,2,1,0,,(，諧振角頻率為：222,,zyxpnmkkkcck（2-15）式（2-14）表明在x，y，z三個(gè)方向上，在腔壁上，電場(chǎng)分量為零。每一個(gè)本征模

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一個(gè)適用于數(shù)值計(jì)算的金屬色散模型分析研究[J]. 蘇杰,孫誠(chéng),王曉秋.  光電子.激光. 2013(02)
[2]紅外熱成像技術(shù)在震后房屋損壞快速鑒定中的應(yīng)用研究[J]. 李志強(qiáng),代博洋,李曉麗,何萍.  震災(zāi)防御技術(shù). 2012(01)
[3]微米/納米尺度熱科學(xué)與工程學(xué)中的若干重要問(wèn)題及進(jìn)展[J]. 劉靜.  物理. 2001(07)
[4]國(guó)際傳熱研究前沿──微細(xì)尺度傳熱[J]. 過(guò)增元.  力學(xué)進(jìn)展. 2000(01)

博士論文
[1]微結(jié)構(gòu)表面紅外熱輻射特性調(diào)控方法研究[D]. 黃金國(guó).南京理工大學(xué) 2015
[2]光學(xué)天線特性的研究[D]. 楊景.北京大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于VO2的紅外熱輻射主動(dòng)調(diào)控材料及結(jié)構(gòu)研究[D]. 孫睿智.電子科技大學(xué) 2019
[2]基于石墨烯表面等離子激元的近場(chǎng)熱輻射的研究與測(cè)量[D]. 楊將.浙江大學(xué) 2018
[3]石墨烯紅外探測(cè)性能研究[D]. 李凱.電子科技大學(xué) 2018
[4]基于二氧化釩的中紅外等離子體天線調(diào)諧特性研究[D]. 李昊陽(yáng).電子科技大學(xué) 2018



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