多孔結(jié)構(gòu)與粗糙表面輻射偏振特性的數(shù)值模擬.pdf

1、由于微結(jié)構(gòu)表面的幾何尺度和入射波長相接近，會產(chǎn)生微尺度效應(yīng)，因此需求解Maxwell方程組來獲得其輻射偏振特性，過去微結(jié)構(gòu)的研究重點在于化學(xué)制備的方法以及能量傳播等方面。本文主要研究了多孔結(jié)構(gòu)與粗糙表面的輻射偏振特性。重點研究了金屬納米球孔陣列結(jié)構(gòu)的輻射偏振特性及光譜橢偏法測量中基于有效介質(zhì)理論的等效粗糙度層模型對粗糙表面修正效果的評估。
　　文中用基于Maxwell方程組的時域有限差分法研究了金屬納米球孔陣列結(jié)構(gòu)的光譜輻射特性。

2、計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正入射的情況下，金屬鎳納米球孔陣列結(jié)構(gòu)的空腔直徑為0.2~0.8μm時，在入射波長為0.2~2.0μm的范圍內(nèi)會出現(xiàn)兩個吸收峰，并且，吸收峰的位置，強度及波段寬度與空腔直徑、金屬填充高度、入射角、偏振角這些因素有關(guān)。此外，文中還分析了溫度對金屬鎢納米球孔陣列結(jié)構(gòu)的輻射特性的影響。金屬鎳納米球孔陣列結(jié)構(gòu)能量吸收的分布主要集中在結(jié)構(gòu)的上表面，尤其是孔口附近。在實際應(yīng)用中，針對目標波段，可以通過調(diào)節(jié)空腔直徑、填充高度、入射角及偏

3、振角等因素，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的輻射特性，優(yōu)化目標波段內(nèi)的光譜吸收率，這在熱光伏系統(tǒng)、能量吸收等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。此外，文中分析了金屬鎳納米球孔陣列結(jié)構(gòu)的橢偏特性隨空腔直徑的變化規(guī)律。
　　在光譜橢偏法測量中，通常用等效粗糙度層模型對光學(xué)常數(shù)進行修正，以消除表面粗糙度對結(jié)果的影響。本文用基于Maxwell方程組的時域有限差分法與基于有效介質(zhì)理論的等效粗糙度層模型兩種方法，分別計算隨機粗糙表面的橢偏參數(shù)，以時域有限差分法的結(jié)果作為基準，比

4、較兩種方法計算結(jié)果的偏差值，分析光譜橢偏法中等效粗糙度層模型的修正效果。結(jié)果表明，在其他條件不變的情況下，均方根粗糙度越大，等效粗糙度層模型準確性越低，修正效果越差，且入射波長越小，這種影響越明顯。入射角越接近布儒斯特角，等效粗糙度層模型的準確性越低，修正效果越差，且介質(zhì)的k值越小，這種影響越明顯。文中發(fā)現(xiàn)，自相關(guān)長度τ=0.5?m時，等效粗糙度層模型的準確性最高。在光譜橢偏法測量中用等效粗糙度層模型對光學(xué)常數(shù)進行修正時，本文的計算結(jié)果