【摘 要】
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微结构作为一种特征尺寸与热辐射波长数量级相当,甚至小于热辐射波长的特殊结构,能够激发光子隧道、磁极化、微腔谐振等一系列的微尺度辐射效应,在光谱调控、红外探测、能量转化等方面有重要的应用。渔网状超材料结构是一种含有周期性孔的金属/电介质/金属膜层结构,能够利用微尺度辐射效应,通过对结构的设计,实现一些特定的光学性能。目前,随着计算机技术及微电子加工技术的发展,微尺度辐射在光电转换、航天、光学等领域有
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微结构作为一种特征尺寸与热辐射波长数量级相当,甚至小于热辐射波长的特殊结构,能够激发光子隧道、磁极化、微腔谐振等一系列的微尺度辐射效应,在光谱调控、红外探测、能量转化等方面有重要的应用。渔网状超材料结构是一种含有周期性孔的金属/电介质/金属膜层结构,能够利用微尺度辐射效应,通过对结构的设计,实现一些特定的光学性能。目前,随着计算机技术及微电子加工技术的发展,微尺度辐射在光电转换、航天、光学等领域有了更广泛的研究。通过利用微结构表面的这些特殊效应进行特定的设计,可以满足某些特定的工业要求。本文主要利用时域有限差分法对渔网状超材料结构的辐射特性进行研究,分析不同因素对其辐射特性的影响,以此来对其光谱进行调控。采用传输矩阵法对膜层结构的辐射特性进行了分析,验证了其在红外窗口的隐身效果。然后采用时域有限差分法对比了无孔的Ag/ZnSe/Ag膜层结构与有孔的Ag/ZnSe/Ag渔网状超材料结构辐射特性,发现孔结构的设计会增强其在可见光与近红外波段的透射特性。此后分析了膜层结构及膜层材料对结构辐射特性的影响。结果发现膜层以MDM方式排布时能够在近红外波段对光谱进行调控。膜层的周期层数越高,结构辐射特性越稳定。在可见光波段,金属层厚度的增加会使辐射特性曲线蓝移,电介质层厚度的增加会使辐射特性曲线红移。改变金属层或电介质层材料时,结构辐射特性会有很大变化。此外,选n,k模型和Drude模型分别作为Ag的介电常数模型时,辐射特性曲线变化规律一致,Drude模型更为明显。当结构加上衬底材料层之后结构反射性被增强,透射性被削弱,并且金属衬底比非金属衬底更能削弱其透过特性。采用时域有限差分法先计算了具有单周期性孔结构的渔网状超材料辐射特性,发现单独改变周期大小、孔径大小、孔的阵列方式以及孔的形状时,发现随孔隙率升高,结构反射特性均会削弱、透射特性均会增强。随后设计了含有错位孔结构与含有方台结构的渔网状超材料结构,经计算发现错位孔结构与方台结构的出现均会影响结构的吸收特性。后又计算了几种具有复周期性孔的渔网状超材料辐射特性。然后通过改变入射光的天顶角及方位角分析了入射角对复合了三种周期性孔的渔网状超材料结构辐射特性的影响。发现相比于天顶角,方位角的变化对结构辐射特性无明显影响。
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