[發明專利]基于磁光晶體異質結構的非互易熱輻射器

在審

• 申請號: 202111043487.8
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113917715A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 吳俊;吳小虎
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學;山東高等技術研究院
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09
• 代理公司: 南京匠橋專利代理有限公司 32568
• 代理人: 王冰冰

本發明提供了一種基于磁光晶體異質結構的非互易熱輻射器，所述熱輻射器包括由下到上依次設置的電介質襯底、金屬反射鏡和磁光晶體異質結構層，所述磁光晶體異質結構層包括第一堆疊層組和設于第一堆疊層組上的第二堆疊層組，所述第一堆疊層組和第二堆疊層組均由交替堆疊設置的磁光材料層和電介質平板層構成。本發明具有使用靈活方便、非互易性高，可以產生雙帶強非互易性等優點，是一種非常理想的雙帶非互易熱輻射器件，利用鍍膜工藝，可以大批量、低成本地生產，制作后的熱輻射器件性能穩定、可靠，具有重要的實用前景。

技術領域

本發明涉及磁光材料的熱輻射器技術領域，尤其涉及一種基于磁光晶體異質結構的非互易熱輻射器。

背景技術

對于傳統的熱輻射器，根據基爾霍夫定律，一個器件的光譜方向輻射率一般等于光譜方向吸收率。這個現象是由于一般化麥克斯韋爾方程的洛倫茨互易特性所致【L.D.Landau,et al.,Electrodynamics of Continuous Media,2nd ed.(Pergamon,1984)】。然而，近年來，人們發現通過在熱輻射器中引入非互易材料(比如，I型磁外耳半金屬，磁光材料和石墨烯等)，將會產生非互易熱輻射現象(光譜方向輻射率不等于光譜方向吸收率)，從而驗證了違背基爾霍夫定律的現象。這些發現也顯示了將非互易材料引入光子結構將促進具有更先進功能的新型能量器件的發展。

雖然在能量捕獲器件和熱輻射器領域具有巨大的應用前景，但是關于實現強的非互易輻射的研究仍然非常少。Zhu等人設計了一種基于磁光材料(InAs)光柵-InAs平板-金屬反射鏡結構的非互易熱輻射器，當外部磁場為3T時，可以在15.96微米處實現強的非互易輻射【Zhu,et al.,Phys.Rev.B 90,220301(2014)】。隨后，為了減少工作時的外加磁場，Zhao等人提出了一種導模諧振結構，即一層InAs平板被放置在一個電介質光柵-波導混合層和金屬反射鏡之間，該結構可以在0.3T的外加磁場下實現近乎完美的非互易熱輻射【Zhao,et al.,Opt.Lett.44,4203(2019)】。盡管此處所需要的外加磁場很小，但是工作波長必須遠至25微米，這是由于InAs材料在更長的波長處擁有更強的磁光效應，因而在更長的波長處也更容易在更小的外加磁場下獲得強的非互易性。但是在實際應用中，由于外在溫度高于300K，因而熱輻射的作用波長通常被限制在20微米以內。此外，Wu等人設計了一種電介質光柵-InAs平板-金屬反射鏡的三明治結構，在外加磁場2T時，它可以在15.835微米處獲得強的非互易輻射【Wu,et al.,ES Energy Environ.13(2021)】。但是，這些熱輻射器都基于微納光學結構，會增加實際應用中的制作成本。為此，Wu等人設計了一種平板結構，基于棱鏡的耦合效應來實現強的非互易輻射，但是棱鏡的使用會限制器件的集成化【Wu,etal.,ES Energy Environ.12(2021)】。盡管如此，這些所實現的非互易熱輻射，僅僅可用于單個波長，這限制了它的進一步發展。

一維光子晶體結構通常是利用鍍膜工藝，在襯底上加工出的多層薄膜結構的晶體。基于磁光材料的衍射問題，不能由簡單的光柵衍射來處理，而必須采用矢量形式的基于各向異性材料的麥克斯韋方程并結合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地求解。Li等人已給出了各向異性嚴格耦合波理論的算法【Li et al.,J.Opt.Soc.Am.A,13,1870-1876(1996)；Li et al.,J.Opt.A:Pure Appl.Opt.5,345-355(2003)】，可以解決這類基于各向異性材料的光子結構的衍射問題。

發明內容

本發明旨在解決現有技術中存在的技術問題。為此，本發明提供一種基于磁光晶體異質結構的非互易熱輻射器，目的是使熱輻射器產生雙帶非互易性。

基于上述目的，本發明提供了一種基于磁光晶體異質結構的非互易熱輻射器，所述熱輻射器包括由下到上依次設置的電介質襯底、金屬反射鏡和磁光晶體異質結構層，所述磁光晶體異質結構層包括第一堆疊層組和設于第一堆疊層組上的第二堆疊層組，所述第一堆疊層組和第二堆疊層組均由交替堆疊設置的磁光材料層和電介質平板層構成。