[发明专利]亚波长尺寸宽谱非互易发射/吸收器件构造方法及系统

说明书

本发明提供了一种亚波长尺寸宽谱非互易发射/吸收器件构造方法及系统，包括如下步骤：选择多层磁性介电常数近零材料作为吸收层，选择相应波段的高反射材料作为基底层；使多层磁性介电常数近零材料的波长位置从底层到顶层梯度渐变；在TM偏振下(E_x,H_y,k_z)，外加磁场B，外加磁场B沿z方向；使外加磁场B能够激发出宽谱的非对称的Berreman模态；调节磁性介电常数近零材料层的厚度t_i和波长位置，对非互易发射/吸收谱波段位置和|e(θ)‑α(θ)|的大小进行调控。本发明通过设计多层波长位置从底层到顶层逐层梯度红移的磁性介电常数近零材料，使得ENZ波段覆盖宽波段，在外加磁场条件下实现了宽谱非互易热发射和吸收。

技术领域

本发明涉及非互易设备技术领域，具体地，涉及亚波长尺寸宽谱非互易发射/吸收器件构造方法及系统。

背景技术

热发射/吸收器件是实现辐射能量的收集、利用和转换的重要元器件，其在辐射制冷、热光伏、太阳能电池等方面都具有重要的应用价值。宏观物体的热辐射特性表现为宽谱、各向异性、非偏振的特点，近年来，超材料和超表面的兴起为在亚波长甚至深亚波长尺度下调控热辐射特性提供了全新的平台。

然而，目前大部分吸收/发射器的设计仍基于基尔霍夫定律，认为在热平衡条件下，对于给定波长和角度，吸收比等于发射率，这不可避免地给系统带来固有的能量损失，比如对于辐射制冷器件，其在向外界辐射多少比例的能量，其也从周围环境吸收相同比例的能量，从而存在固有的能量损失。因此，研究如何打破热辐射的基尔霍夫定律，实现非互易发射和吸收光谱的调控，对于进一步完善微纳热辐射理论，设计新型非互易性发射/吸收器件具有重要的理论和应用价值。

但目前非互易热发射/吸收器的设计多基于光栅结构激发非对称的表面波，从而仅能在某个特定的窄波段才能打破吸收和发射的平衡关系，且该方法要求有较大的入射倾角，难以实现宽角度范围内的非互易性；同时为了实现高的发射或吸收特性，结构的厚度通常很大，增加了加工成本和器件集成的难度。此外，目前尚没有实现宽波段宽角度范围内非互易发射/吸收的器件设计。宽谱非互易热发射/吸收器件的设计对于突破现有的辐射制冷功率，提高太阳能电池的整体效率都具有重要的应用价值。

公开号为CN112352346A专利文献公开了一种包含波的非对称相位传输的非互易装置，包括：非互易传输结构，其中所述传输结构被设计使得对于沿向前方向穿过所述传输结构的第一波而言，所述第一波的相位至少部分地守恒，并且对于沿向后方向穿过所述传输结构的第二波而言，所述第二波的相位至少部分地被随机相位替代，使得在向前方向上的相位守恒比在向后方向上的更明显。但是该专利文献仍然存在仅能在某个特定的窄波段才能打破吸收和发射的平衡关系的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种亚波长尺寸宽谱非互易发射/吸收器件构造方法及系统。

根据本发明提供的一种亚波长尺寸宽谱非互易发射/吸收器件构造方法，包括如下步骤：

步骤1：选择多层磁性介电常数近零材料作为吸收层，选择相应波段的高反射材料作为基底层；

步骤2：设计多层磁性介电常数近零材料，使多层磁性介电常数近零材料的波长位置从底层到顶层梯度渐变，每层的厚度为t_i，其中i表示第i层；

步骤3：在TM偏振下(E_x，H_y，k_z)，外加磁场B，外加磁场B沿z方向，其中，E_x表示入射电磁波的电场沿坐标轴的x方向，H_y表示入射磁场沿y方向，k_z表示入射方向沿z方向；

步骤4：调节外加磁场B大小，使外加磁场B能够激发出宽谱的非对称的Berreman模态，使得在宽谱段和宽角度范围内，所设计结构的发射率e(θ)不等于吸收比α(θ)，其中θ为入射角度；