基于表面等離子體激元特性的紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)及其熱輻射調(diào)控研究.pdf

1、紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)是近年來出現(xiàn)的一種新型人工電磁結(jié)構(gòu)材料，其獨(dú)特的電磁諧振特性使之迅速成為了人工電磁結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。這種新型人工電磁結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn)極大地?cái)U(kuò)展了紅外波段電磁波與物質(zhì)之間的作用方式，使其在包括選擇性熱發(fā)射、敏感探測和紅外反探測等領(lǐng)域中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。
　　本論文以基于表面等離子體激元特性的紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)為研究對象，針對紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)吸收頻點(diǎn)單一、吸收頻帶窄的限制，圍繞多峰和寬頻吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)開

2、展了一系列的研究工作。論文工作討論了紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)研究中所涉及的表面等離子體激元激發(fā)機(jī)制、電磁響應(yīng)特性和諧振行為規(guī)律，并提出了多種具有多峰和寬頻吸收效果的吸波結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，針對紅外反探測這一應(yīng)用背景，提出了基于紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)的熱輻射調(diào)控方法。本論文的主要工作如下：
　?。?）構(gòu)建了適用于紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)的等效電路模型。根據(jù)紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)中的電磁場與電流分布，建立了聯(lián)系吸波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及介質(zhì)層材料參數(shù)與諧振頻率

3、之間關(guān)系的等效電路模型，并結(jié)合表面等離子體激元的激發(fā)響應(yīng)特性，得出了影響吸波結(jié)構(gòu)諧振頻率的幾個關(guān)鍵因素，為多峰和寬頻吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　?。?）提出了一種基于介質(zhì)層材料調(diào)制的多峰和寬頻紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)。針對目前多峰和寬頻紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)多是基于諧振圖案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)狀，利用介質(zhì)層材料相對介電常數(shù)的諧振調(diào)制，即表面等離子體激元對介電常數(shù)的響應(yīng)特性，通過多個諧振層疊加的方式，實(shí)現(xiàn)了多峰和寬頻的吸收效果。此外，在這種吸波結(jié)

4、構(gòu)中還發(fā)現(xiàn)了多諧振的吸收峰能夠基于不同的損耗機(jī)理而產(chǎn)生。
　?。?）提出了一種具有慢波特性的寬頻紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)。通過對介質(zhì)層材料相對介電常數(shù)的梯度設(shè)計(jì)，利用慢波模式的激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一種具有寬頻帶的吸波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)對入射波角度不敏感，并且通過設(shè)計(jì)還能夠?qū)崿F(xiàn)極化不敏感的吸收效果。
　?。?）提出了一種基于紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)的熱輻射調(diào)控方法?；跓彷椛湎嚓P(guān)理論，利用紅外超材料吸波結(jié)構(gòu)靈活的諧振頻率和吸收率可調(diào)控性，以所設(shè)計(jì)的多峰

5、和寬頻吸波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對大氣窗口波段和非大氣窗口波段的熱輻射調(diào)控。在大氣窗口波段內(nèi)，這種調(diào)控方法能夠有效地對發(fā)射率、輻射出射度和輻射溫度等相關(guān)熱輻射參量進(jìn)行調(diào)制，并可以通過高、低發(fā)射率吸波結(jié)構(gòu)的搭配組合形成熱迷彩圖案；在非大氣窗口波段內(nèi)，這種調(diào)控方法能夠?qū)?~5μm和7.5~14μm這兩個大氣窗口波段內(nèi)的輻射能量轉(zhuǎn)移到5~7.5μm的非大氣窗口波段內(nèi)發(fā)射，有效地降低了探測波段內(nèi)的紅外輻射信號。
　　本論文的研究工作對于多峰和寬頻紅外