周期性多层膜结构的红外辐射特性分析与调控

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1、硕士学位论文周期性多层膜结构的红外辐射特性分析与调控ANALYSISANDCONTROLOFINFRAREDRADIATIONCHARACTERISTICSOFPERIODICMULTILAYERSTRUCTURE戴赞恩哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK121学校代码：10213国际图书分类号：536.3密级：公开工程硕士学位论文周期性多层膜结构的红外辐射特性分析与调控硕士研究生：戴赞恩导师：张昊春副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：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:TK121

2、U.D.C:536.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANALYSISANDCONTROLOFINFRAREDRADIATIONCHARACTERISTICSOFPERIODICMULTILAYERSTRUCTURECandidate：DaiZanenSupervisor：Prof.ZhangHaochunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceand

3、EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要微结构指的是由一种或多种材料组成的结构的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一种特殊结构。随着现代科学技术的进步，传统的机械、电子、航天等多方面的设备为满足小型化、集成化的要求，设备制造技术及工艺逐渐向微观领域发展。周期性多层膜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，在光电转换、航天、光学等领域，已经有多方

4、面的研究，通过利用微结构表面的这些特殊效应，通过特定的设计，满足某些特定的工业要求。本文主要采用传输矩阵法及时域有限差分法，研究了周期性多层膜结构的红外辐射特性，目的是通过周期性多层膜结构实现红外调控。主要内容和结论包括：基于传输矩阵法与Smith等效介质理论，计算了ZnSe/Ag/ZnSe周期性多层膜结构的辐射特性，并计算了周期性多层膜结构的等效折射率与等效波阻抗，在此基础上分析了在多层膜结构辐射特性曲线中波峰、波谷产生的原因，借此探讨了FP共振对多层膜结构辐射特性的影响。最后，分析了多层膜结构不同的膜层厚度、膜层结构的物性参数、膜层结构的周期数等参数对结构辐射特性的

5、影响，通过设计异构形式的多层膜结构，实现对红外窗口的兼容隐身。针对主动探测隐身技术，利用增加中间缺陷层的方法，在兼容被动探测红外隐身的基础上实现了结构对特定波长的主动探测隐身。通过时域有限差分法计算了具有腔体结构的多层膜结构的辐射特性，并与传输矩阵法计算的辐射特性进行对比，验证了计算方法的正确性。其后通过时域有限差分法计算了简单周期性腔体结构的辐射特性，研究了腔体周期、腔体大小、腔体形状等对周期性腔体结构的红外辐射特性的影响。之后在此基础上设计研究了具有对主动探测激光隐身的微结构，讨论了不同腔体形状的多层膜微结构对结构红外辐射特性的影响，并讨论了不同的电磁波入射方向对不

6、同腔体形状的多层膜微结构红外辐射特性的影响，结果发现具有腔体结构的多层膜结构辐射特性受表面等离子激元及微腔谐振效应的共同影响，而结构形状及不同的光源入射角度刺激着这两种效应的产生。通过时域有限差分法计算了具有圆台结构层的周期性多层膜结构辐射特性，并与具有腔体结构的周期性多层膜结构与简单周期性多层膜结构辐射特性进行对比。发现结构在短红外波段具有高反射率，低透射率。之后计算了圆台结构的大小、结构周期、组成材料等对结构辐射特性的影响，结果发现圆台结构的大小影响反射率的峰值，而结构的周期影响反射宽带的大小。关键词：周期性多层膜结构；微尺度辐射；时域有限差分法；光谱调控-I-哈尔

7、滨工业大学工程硕士学位论文AbstractMicrostructurereferstoaspecialstructureinwhichthecharacteristicsizeofastructurecomposedofoneormorematerialsisequivalenttothemagnitudeofthermalradiationwavelength,andevensmallerthanthewavelengthofthermalradiation.Withtheadvancementofmodernscienceandtec