表面回折光学系を用いた熱放射スペクトル制御

使用表面衍射光学器件进行热辐射光谱控制

基本信息

批准号：
16656021
负责人：
湯上浩雄
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656021/
关键词：
回折格子熱放射熱光起電力発電 FDTD マイクロマシニング

项目摘要

本研究では,高温物体の表面に波長と同程度の周期構造(回折格子)を形成することにより、熱放射スペクトルの制御を行い、熱光発電システムや化学反応プロセス等の高効率な熱利用システムを構築することを目的としている。昨年度の研究において、Maxwell方程式の厳密解を求めるシミュレーションコードにより、各システムに最適な微細構造の決定を行うとともに、可視領域の輻射スペクトルを選択的に放射する表面ナノ構造体を高融点金属に作製するためのプロセス研究を行ってきた。この成果にもとずき、本年度は以下の研究を行った。1.昨年度までに整備したフーリエ赤外分光器を中心とした熱放射スペクトルの絶対値を測定する装置により,単結晶および多結晶タングステン試料表面に製作した表面回折格子からの熱放射を測定し、キャビティ深さと熱放射スペクトルについて系統的に調べた。その結果、キャビティ深さが浅い場合は、表面プラズモンポラリトン共鳴による放射が観測されるが、キャビティ深さの増大とともに、孤立したキャビティ内部の電磁波モードからの放射が支配的となることが分かった。2.光学定数が複雑な分散関係を示す材料に適応可能なFDTDプログラムコードを開発して,構造との共鳴効果による熱放射スペクトルへの影響を定量的に解析すると共に、実験結果との比較を行った。その結果、開発したFDTDコードにより、熱放射スペクトルが再現でき、実験と定量的な比較が出来る事が分かった。3.これまでの研究成果の取りまとめを行と共に、今後の研究の方向性や更に研究すべき課題について検討した。

在这项研究中，我们将通过在与波长相同的高温物体表面形成周期性结构（衍射光栅）来控制热辐射光谱，从而创建热光伏发电等高效热利用系统目的是构建生成系统和化学反应过程。在去年的研究中，我们使用模拟代码确定了每个系统的最佳微观结构，该代码找到了麦克斯韦方程的精确解，并在高熔点金属中创建了表面纳米结构，可以选择性地在可见光区域发射辐射。这样做。基于这些结果，我们今年进行了以下研究。 1.以我们去年安装的傅里叶红外光谱仪为中心，使用测量热辐射光谱绝对值的装置测量了在单晶和多晶钨样品表面制作的表面衍射光栅的热辐射系统地研究了空腔深度和热辐射谱。结果发现，当腔深度较浅时，观察到由表面等离子体激元共振引起的辐射，但随着腔深度增加，来自隔离腔内部的电磁波模式的辐射变得占主导地位。 2. 开发适用于光学常数呈现复杂色散关系的材料的FDTD程序代码，定量分析结构共振效应对热辐射光谱的影响，并与实验结果进行比较。结果发现，开发的FDTD代码可以重现热辐射光谱并与实验进行定量比较。 3.总结了迄今为止的研究成果，讨论了未来研究的方向和需要进一步研究的问题。