實際表面的熱輻射偏振特性

《實際表面的熱輻射偏振特性》是依託哈爾濱工業大學，由裘俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：實際表面的熱輻射偏振特性
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：裘俊

項目摘要

實際物體表面在反射、散射、透射和發射電磁輻射過程中，會產生由它們自身性質決定的特徵偏振，它蘊含著目標物體的表面結構參數、介電常數等基本信息。目前對實際表面偏振特性的研究極為缺乏，已成為制約熱輻射研究進一步向納微尺度以及高溫領域發展的瓶頸問題。本課題瞄準本學科國際研究前沿，採用基於Maxwell電磁理論數值計算方法系統地研究實際粗糙表面結構尺度參數對其偏振特性的影響；結合橢圓偏振儀和雙向光譜反射儀實驗測量結果，揭示偏振、衍射和相干效應對粗糙表面散射電磁波偏振方向、相位分布以及反射係數等的影響機制和規律。研究意義：實際表面偏振特性的精確預測是橢偏儀裝置測量實際材料光學常數亟待解決的一個關鍵問題，在原子物理、半導體加工、醫學成像、地球科學到遙感等熱輻射傳輸領域具有重要的套用和長遠意義。

結題摘要

實際物體表面在反射、散射、透射和發射電磁輻射過程中，會產生由它們自身性質決定的特徵偏振，它蘊含著目標物體的表面結構參數、介電常數等基本信息。目前對實際表面偏振特性的研究極為缺乏，已成為制約熱輻射研究進一步向納微尺度以及高溫領域發展的瓶頸問題。本項目針對實際表面熱輻射偏振特性分析和求解的共性關鍵問題，從直接求解電磁輻射的Maxwell 方程組入手，建立了通過實際粗糙表面結構尺度參數來預測其表面熱輻射偏振特性的模型和算法。採用了不同型號的砂紙在高精密拋光機打磨粗糙表面樣片，然後使用掃描電鏡及原子力顯微鏡對樣片粗糙表面幾何結構進行了測量，根據測量結果構建了粗糙表面數值計算模型；採用了粗糙表面計算模型，建立了基於直接求解Maxwell電磁方程組的數值計算方法（時域有限差分法和嚴格耦合波分析法），通過實際粗糙表面結構尺度參數來預測其表面熱輻射偏振特性；研究了實際粗糙表面散射電磁場分布和變化機理，綜合考慮了偏振、衍射和相干效應對粗糙表面散射電磁波偏振方向、相位分布以及反射係數等的影響機制和規律；採用了橢偏儀和雙向光譜反射儀對粗糙表面樣片的熱輻射偏振特性進行實驗測量，並與數值計算結果進行了詳細地對比分析，總結衍射、偏振及相干效應等對橢偏特性的影響，建立了分層等效介質近似方法來快速預測實際材料表面偏振特性。研究了常用周期性表面結構（光柵結構、多孔結構）的偏振特性及橢偏探測方法。實際表面偏振特性的精確預測是橢偏儀裝置測量實際材料光學常數亟待解決的一個關鍵問題，在原子物理、半導體加工、醫學成像、地球科學到遙感等熱輻射傳輸領域具有重要的套用和長遠意義。