微结构辐射特性及其调控机理

瞄准本学科国际研究前沿，研究微粗糙表面热辐射特性、光子晶体的热辐射特性及其调控机理、偏振和相干条件下辐射热力学理论和分析方法等微纳尺度热辐射传递中急需解决的共性问题。建立微粗糙表面表观辐射特性参数计算的理论模型和算法，以及材料表面微结构的反设计方法；揭示周期人工微结构及其缺陷控制热辐射的相干特性、偏振特性和传输特性的物理机制；建立相干和偏振条件下辐射熵的统计定义及输运方程，提出热光伏器件等微纳光子器件内部过程热力学分析和性能评估方法。为微粗糙表面热辐射特性的预测和设计、光子晶体热辐射特性的设计与调控、热光伏器件等微纳光学器件内部过程的热力学分析和性能评估奠定理论基础。

建立了微纳尺度辐射特性测试试验台。该试验装置可测量测量表面微纳尺度结构的表观光谱辐射特性。数值模拟并获得了表面粗糙结构和入射波长对固体表面反射特性的影响规律；合理解析了粗糙表面的后向散射增强效应和大角度入射下的高反射峰值现象；发展了部分相干与几何光学混合算法。分析了光栅的共振吸收现象，以及氧化、加工误差等实际因数对光栅红外辐射特性产生的影响规律。提出了一种含吸收介质缺陷层光子晶体结构，该光子晶体量子阱的共振模热辐射具有很好的时间相干性。提出了一种增宽光子量子阱从而增加产生相干热辐射的范围的方法，该方法可用来产生高相干热辐射，同时增加产生相干热辐射的范围。研究了金属纳米线阵列-微结构中表面等离子体激元以及磁等离子激元与Bloch表面波的耦合作用；分析了该耦合作用对复合结构的光学特性的影响规律。以航天器热控为应用背景，提出并设计了3种可进行微结构表面辐射特性自适应性调控的结构。分析了光学黑洞红外辐射特性与黑洞结构特征之间的关系，提出了一种可行的方柱形光学黑洞结构模式。数值模拟分析了泡沫金属内热辐射传播特性，导出了泡沫金属导热-辐射耦合传热过程的无量纲相似准则数。研究了炭黑团聚物微结构的辐射特性，提出了一种偏振辐射传输特性的数值模拟方法，计算分析了由Mie散射相矩阵引起的偏振效应及其对辐射换热的影响。导出了半透明介质内的辐射熵和辐射火用传递方程，提出了瞬态辐射传输过程热力学第二定律分析的数值方法。本课题已发表论文57篇。包括：国际刊物论文26篇（SCI 和EI 刊源），国内核心期刊论文11篇（EI刊源），国际会议7篇，国内会议13篇。