银光栅结构的三体近场辐射特性研究.pdf

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1、硕士学位论文银光栅结构的三体近场辐射特性研究RESEARCHONTHREEBODIESNEAR-FIELDRADIATIONPROPERTYWITHSILVERGRATINGSTRUCTURE贾子勋哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：U.D.C.:621密级：公开工学硕士学位论文银光栅结构的三体近场辐射特性研究硕士研究生：贾子勋导师：谈和平教授，帅永教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK124U.D

2、.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHREEBODIESNEAR-FIELDRADIATIONPROPERTYWITHSILVERGRATINGSTRUCTURECandidate：Zi-XunJiaSupervisor：Prof.HepingTan,Prof.YongShuaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsAffiliation

3、：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要近年来，微机电系统的蓬勃发展，使得需要研究微米和纳米尺度级别的问题。由于尺度的缩小，存在于固态物体表面的倏逝波会强烈参与到辐射换热中，进入了所谓的近场辐射换热领域。近年来，对新型近场显微镜和微尺度光子传输控制的需求，使得近场辐射换热由两体系统，发展到三体辐射换热系统。但是由于三体系统辐射计算公式的复杂，目前对三体倏逝模

4、式光子辐射换热的描述还停留在平板薄膜系统水平，需要进一步地提出数值方法，使得可以计算有亚波长特性的结构。本文针对于近场温度相互独立三体系统，将针对于平板薄膜的辐射热流计算公式，推广为可计算包含有亚波长结构系统的计算公式。采用严格耦合波法计算亚波长结构内倏逝波的各阶散射波散射矩阵，并对散射矩阵进行组装与运算，最终得到由于倏逝模式光子交换产生的换热。本文利用提出的三体亚波长系统倏逝波辐射换热计算公式，分析计算了银基底-银/二氧化硅光栅-银基底三体系统的倏逝模式热辐射传输特性。发现通过调节银/二氧化硅光栅中的结构填充率，可以实现单峰强透射与双峰强透射特性。通过对银基底-银/二氧化硅

5、光栅-银基底三体系统和相关系统的光谱透射特性分析，发现强透射峰来自于光栅中类表面模式和腔体模式的耦合。其中的类表面模式来自于二氧化硅的表面声子极化模式，经过亚波长结构的调制作用产生。腔体模式来自于表面之间的多重反射。本文进一步利用等效介质理论，将光栅中的填充特性与类表面模式的散射特性联系，实现了对透射峰共振频率的预测。最后讨论了温度差异和几何尺寸对透射峰频率、带宽和热流强度的影响。关键词：微纳尺度辐射换热；近场辐射；亚波长结构；等效介质；光子晶体-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractDuetothedevelopmentofMicro-Electro-Mechani

6、calSystem,thesystemsthatweresearchhavereachedtomicrometerandnanometerscale.Becauseofthesizeeffect,theevanescentelectromagneticwaves,existingattheverysurfaceofsolidstructure,canstronglyengageintheradiationheattransfer,socalledasnearfieldradiationtransfer.Inrecentyears,theneedfornovelnearfiel

7、dmicroscopyandcontrolofphotonsinmicroscale,haspushedthenearfieldradiationtheorytodevelopfromtwobodiessystemintothreebodiessystem.However,sincethecomplexityofequationstocalculatetheradiationinthreebodiessystem,thecurrentdescriptionofevanescentphoton’sradi