基于一维光子晶体薄膜的中远红外辐射、激射、透射调控研究

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1、上海师范大学硕士学位论文摘要摘要日光中红外波段的光包含了大部分的能量，与此同时，位于3~5μm、8~13μm的红外光在穿过大气的时候光能量损失极小，红外波段的光的辐射/激射/透射调控结构在红外光通信、遥感、红外热成像、建筑节能等领域有很广泛的运用需求。一维亚波长结构可对红外光辐射/激射/透射实现灵活调控，因此本论文主要研究制备了一维红外辐射调控结构红外窄带辐射源、一维红外激射调控结构红外激光器、一维红外透射调控结构掺杂氧化钒薄膜。首先介绍了一维光子晶体薄膜构成的分布式布拉格反射镜（DBR）原理，然后研究了基于金属-介质DBR非对称腔耦合型窄带辐射源以及基于介质D

2、BR对称腔嵌埋纳米基的中红外激光器的制备及其性能，最后研究了双靶共溅射制备红外透射调控结构掺W氧化钒薄膜的制备工艺及其光学性能。主要取得的研究结果概括如下：1、用一维光子晶体多层膜的结构，根据布拉格反射原理制备金属-介质分布式布拉格反射镜（DBR）非对称腔耦合型红外窄带辐射源样品。我们成功搭建了一套可测试变角度、变温偏振辐射谱测试系统，对所制备的窄带辐射源样品进行变温、变角度偏振辐射谱测试。测试结果说明我们通过金属-介质DBR非对称腔结构制备的窄带辐射源样品，在8~13μm有窄带辐射调控特性，样品0度角下辐射峰位在10.4μm，率高达92%，品质（Q）因子67。

3、变角度后会出现辐射峰位的蓝移，并出现s、p辐射峰劈裂特性。在90℃下直径2mm的圆形接受范围内测试辐射功率高达2.27mW，最后通过对所制备的窄带辐射源样品以金膜作为参照进行红外辐射成像，很直观的说明所制备的窄带辐射源样品具有很好的红外辐射性能。2、采用介质布拉格反射镜（DBR）对称光学微腔嵌埋二维黑磷材料的结构，成功实现了3~5μm中红外波段的激射，所制备的为10*10mm尺寸样品，激射峰位在3.6μm，带宽7nm，品质因子514。通过理论计算不同腔长光学微腔可知该结构可实现3.5~3.9μm近400nm范围内实现激射调控。3、提出采用红外透射谱快速表征金属V

4、薄膜的物理厚，通过负指数关系拟合得出单层金属V薄膜1.5μm处透过率与其物理厚度关系呈T=66.65×e-d/13.14+3.08的关系。提出采用双靶共溅射的方法，结合光谱拟合精确控制膜厚、真空预退火、氧分压退火等工艺，成功制备了0%、0.5%、1%、1.5%、2%不同掺W比的VO2薄膜。验证了不同掺杂比对应的相变温度关系。由这一方法所制得的1%掺杂比的样品高（100℃）低（10℃）温红外调节率达到了43%，可见透过率也达到40%左右，具有很好的红外调节性能及可见透光性能，是一种良好I上海师范大学硕士学位论文摘要的太阳能红外辐射调节薄膜。关键词：光子晶体；窄带辐

5、射；激射；掺杂；调控IIAbstractShanghaiNormalUniversityMasterofPhysicsAbstractInfraredlightcontainsmostoftheenergyinthesun.Inparticular,theinfraredlightat3~5μmor8~13μmhasminimallossoflightenergyasitpassesthroughtheatmosphere.Controlstructureofinfraredemission/laser/transmissionhaswidelyuseininf

6、raredcommunication,remotesensing,infraredthermalimaging,buildingenergysavingandsoon.Theone-dimensionalsubwavelengthstructurecanflexiblyregulatetheradiationemission/laser/transmission.Sointhispaper,theone-dimensionalinfraredradiation/lasercontrolstructureinfrarednarrow-bandradiationso

7、urce/infraredlaserandtheone-dimensionalinfraredtransmissioncontrolstructuredopedvanadiumoxidethinfilmarestudiedinthispaper.Firstly,theprincipleofdistributedbraggreflector(DBR)composedofone-dimensionalphotoniccrystalthinfilmsisintroduced.Then,thenarrow-bandradiationsourcebasedonmetal-

8、dielectricDB