一維微結(jié)構光柵輻射特性的反設計方法.pdf

1、微結(jié)構光柵對入射到其表面的電磁波能表現(xiàn)出波長選擇性,基于這一特點,微結(jié)構光柵在對輻射特性的調(diào)控中得到了廣泛應用。本文針對航天器熱控制背景,對光柵的輻射特性進行了反設計,目的是獲得波長10微米處具有發(fā)射峰及較寬發(fā)射峰的光柵結(jié)構。反問題的求解要結(jié)合正、反問題算法,本文采用的正問題算法是嚴格耦合波分析,反問題算法是遺傳算法。求解的對象包括槽型光柵、薄膜光柵以及能實現(xiàn)發(fā)射峰移動的可移動光柵。
　　槽型光柵包括矩形光柵和雙槽光柵。在橫磁(T

2、M)波、垂直方向,兩者反演后的結(jié)果都在10微米處產(chǎn)生了發(fā)射峰,其產(chǎn)生機理可歸結(jié)于較深的光柵槽內(nèi)形成了磁極化(MP)。兩者在角度增大時表面等離子極化(SPP)的出現(xiàn)干擾了MP,使得發(fā)射峰向長波方向移動并逐漸消失。在目標函數(shù)中加入角度項可以得到在大角度范圍內(nèi)保持高發(fā)射率的光柵結(jié)構,但對應的周期較之前小且槽的深寬比增大。
　　對薄膜光柵,反演所得結(jié)果在10微米處產(chǎn)生了發(fā)射峰,并能在大角度范圍內(nèi)保持高發(fā)射率,其產(chǎn)生機理也是由于MP的作用。

3、對薄膜光柵的幾何變量進行分析可知激發(fā)MP的波長與金屬條寬度表現(xiàn)出線性關系?；谶@一特點,本文對復合薄膜光柵和多層薄膜光柵進行了優(yōu)化設計,均得到了10微米附近的寬發(fā)射峰,等效帶寬顯著增加。復合薄膜光柵在一個周期內(nèi)包括幾個寬度不同的金屬條,多層薄膜光柵各層寬度不同,兩者寬峰的產(chǎn)生機理均可歸結(jié)為多個MP的相互聚集。
　　同時,本文反設計了雙片薄膜光柵和重疊式薄膜光柵,并分析了兩者在金屬條移動過程中輻射特性的變化。前者在金屬條移動過程中發(fā)