典型光學(xué)系統(tǒng)表面光譜輻射傳輸及微尺度效應(yīng).pdf

1、表面微結(jié)構(gòu)所具有的獨(dú)特?zé)彷椛涮匦约捌鋵椛涞恼{(diào)控能力為可再生能源利用、國防和航天領(lǐng)域急需的熱輻射光譜和方向控制技術(shù)的發(fā)展提供了機(jī)遇。當(dāng)結(jié)構(gòu)幾何尺度與入射波長相當(dāng)或較之更小時，宏觀尺度下的唯象理論已經(jīng)無法有效考慮和解決這類熱輻射傳輸問題。
　　本文在研究兩類典型光學(xué)系統(tǒng)的熱輻射傳輸特性的基礎(chǔ)上，從宏觀和微觀角度分析了影響表面熱輻射特性和傳輸規(guī)律的因素，研究結(jié)果為熱輻射的光譜和方向調(diào)控技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容包括以下五個方面。

2、
　　(1)發(fā)展了基于輻射交換因子的反向蒙特卡洛輻射傳輸模型，分析了邊界條件和物性參數(shù)對蒙特卡洛輻射傳輸算法的計算效率的影響。算例比較證實(shí)了在僅需要了解空間某一小立體角內(nèi)或某一個小區(qū)域內(nèi)輻射能量時，反向蒙特卡洛算法的計算效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正向蒙特卡洛法。
　　(2)開展了輻射交換因子不確定性分析和偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器性能檢驗(yàn)，給出了單個計算單元輻射交換因子的估計誤差、整個系統(tǒng)的輻射交換因子的平均估計誤差的表達(dá)式，提出了一種能比較充分驗(yàn)

3、證偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器性能的輻射對稱性檢驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)不同層次上無限制的比較發(fā)生器的優(yōu)劣。
　　(3)采用表面特性鏡漫處理和多級能量分裂等計算技術(shù)，分析了成像光學(xué)系統(tǒng)中雜散輻射傳輸、非成像光學(xué)系統(tǒng)中太陽能聚集輻射傳輸，獲得了邊界條件、物性參數(shù)對輻射傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。建立了聚集能束矢量特性的描述模型，提出了基于等熱流密度面與多次反射的腔式吸收器的梯級設(shè)計方法，設(shè)計了一種能流均勻性好、效率高的新型腔式吸收器結(jié)構(gòu)。
　　(4)基于電磁漲

4、落耗散理論和格林函數(shù)特性，推導(dǎo)了無限大表面、粒子與平面板間的近場熱輻射傳輸?shù)谋磉_(dá)式，考察了極化態(tài)、粒徑、間距、介電常數(shù)對近場熱輻射傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。采用時域有限差分法分析了具有柵欄結(jié)構(gòu)、溝渠結(jié)構(gòu)的硅基材料的表面輻射特性，獲得了溫度、入射波長對表面BRDF的影響規(guī)律。
　　(5)基于四波長 BRDF測試平臺，測試了柔性金屬鍍膜表面和微粗糙硬鋁表面的反射特性，考察了波長、粗糙結(jié)構(gòu)對表面輻射特性的影響。改進(jìn)了一套基于CCD相機(jī)間接測量聚集