随着红外测温技术的快速发展, 红外测温仪在**及民用领域得到广泛应用, 对测量准确度的要求提升到了新的高度。 面源黑体辐射源作为非接触测温设备校准的核心装置, 近年来受到广泛的关注。 发射率是描述辐射源性能的重要指标, 目前缺少黑体表面形貌对发射率影响的研究。 面源黑体发射率主要由表面凸锥结构和涂覆涂层决定。 为设计出高发射率面源黑体, 以具有凸锥结构的面源黑体为基础模型, 引入间距及涂层结构, 建立具有不同表面结构参数、 单元间距及涂层厚度的面源黑体模型, 设置基底材料为石墨, 涂层材料为氮化硅, 通过有限元软件得到仿真模型的反射率, 利用反射率反演得到其发射率, 绘制3~14 μm范围内的光谱发射率曲线; 研究面源黑体表面的电场分布情况。 分析结构单元的宽高比、 涂层厚度和结构单元间距等参数对发射率的影响。 结构单元高度与发射率成正比、 较窄的宽度对发射率有优化作用, 发射率随宽高比的减小而增大。 涂层结构改变了光谱发射率的下降趋势, 在11 μm后发射率上升, 发射率随厚度增加而增大; 单元间距变化与发射率成正比。 设置初始面源黑体单元结构高度为10 μm、 宽度为1 μm, 在该模型上依次添加2 μm涂层及2 μm间距结构, 进行仿真计算。 优化后黑体辐射源在长波段具有优势, 在3~14 μm波段内光谱发射率稳定, 最低值为0.966; 电场分布图表明了三种结构因素对面源黑体表面能量的影响, 优化得到的模型参数可用于面源黑体的实际制造。 仿真结果表明较小宽高比、 较厚涂层、 较大间距具有提高发射率的能力, 为制造高辐射性能面源黑体辐射源提供了理论参考。

为提高红外微测辐射热计的光谱吸收率, 设计一种基于表面等离激元的金属光栅促吸收结构, 研究光栅结构参数对光谱吸收率的影响规律。 以金作为光栅材料, 利用等离激元的谐振结构, 克服金属材料的高反射特性, 增强红外微测辐射热计的红外吸收能力。 通过改变光栅的结构参数, 对等离子共振波长进行调节, 提高红外微测辐射计工作波段内的光谱吸收效率。 利用有限差分法, 分析光栅参数对光谱吸收率的影响机理, 研究金属光栅的周期、 占空比和高度对光谱吸收率的调控规律。 随着光栅周期由2 μm逐渐增加到5 μm, 吸收峰的峰值波长发生明显的红移现象, 吸收峰高度呈现出较明显的下降趋势。 随着光栅占空比从0.2逐渐增加到0.5, 红外吸收峰的峰值波长向短波长移动, 吸收峰高度也逐渐增高, 但吸收峰宽度逐渐变窄。 光栅厚度对吸收峰的峰值影响不大, 当厚度达到一定程度后, 峰值基本保持不变。 峰值波长随厚度增加出现不同程度的减小, 当厚度不足100 nm时, 峰值波长减小的程度较大, 随着厚度的继续增加, 下降趋势逐渐变缓, 基本维持在10.6 μm附近。 通过分析光栅结构参数对光谱吸收率的影响机理, 对光栅结构参数的进一步优化, 大幅提高氧化钒红外微测辐射热计的红外光谱吸收率, 8～14 μm的平均吸收率达61.6%, 峰值吸收率在99%以上。 金属光栅的光谱吸收率促吸收结构研究, 对高性能红外微测辐射热计的设计具有重要的指导意义。

太阳能热发电是高效利用太阳能资源的有效途径之一, 对缓解能源危机和环境污染具有重要的推动作用和深远的社会意义。 选择性吸收涂层是太阳能真空集热管的重要组成部分, 是决定太阳能与热能转换效率的关键因素。 针对高温状态下太阳能选择性吸收涂层光学性能的表征问题, 提出一种适用于高温金属-陶瓷选择性吸收涂层太阳光谱吸收率的测量方法。 基于双探测器的傅里叶光谱仪和具有涂层加热功能的积分球, 研制了能够防止高温氧化并模拟涂层工作温度的高真空测量装置, 实现0.3～2.5 μm、 室温-700 ℃太阳光谱吸收率的测量。 选取磁控溅射制备的Mo-SiO2选择性吸收涂层作为测量样品, 该样品具有双吸收层的多层膜结构。 对涂层样品不同温度下的太阳光谱吸收率进行了测量实验, 室温测量值与理论计算值进行了对比分析, 结果表明具有较好的一致性, 最大偏差仅为2.9%, 验证了涂层太阳光谱吸收率测量方法的可行性。 高温光谱吸收率测量对涂层参数设计的优化及吸收性能的提高具有重要的指导意义及推动作用。

针对探测器光谱响应度温漂现象对红外光谱发射率测量系统重复性的影响, 分析探测器温度与输出电压之间的变化规律, 提出了基于多项式拟合的光谱响应度温漂修正方法。 研究探测器自身温度与其光谱响应度的函数关系, 对探测器光谱响应度随温度变化的曲线进行数据拟合, 得到探测器温度-光谱响应度的拟合方程, 计算光谱响应度的温漂修正系数, 修正探测器的输出电压, 消除光谱响应度温漂现象对探测器输出电压造成的影响。 研制光谱响应度温漂修正装置, 测得探测器光谱响度的温漂曲线, 对比指数拟合曲线和多项式拟合曲线与测量曲线的吻合度, 结果表明6阶多项式拟合曲线的一致性较好, 提高了基于积分球反射计的光谱发射率测量系统的重复性。

利用频域有限差分法，分析了两种典型晶硅电池结构的Ag背反镜的吸收损耗。研究表明：平板型晶硅电池Ag背反镜的损耗主要是由本征吸收和导模共振吸收引起，而表面等离子体共振吸收使TM模的吸收峰峰值大于TE模的吸收峰峰值；织构型的晶硅电池内部光场分布复杂，可在光垂直入射情况下，使TE模和TM模均在有源层中出现较强的导模共振效应，且TM模还可在Ag背反镜中激励起等离子体共振效应，从而使织构型晶硅电池Ag背反镜的吸收谱表现为多峰值特性，且其吸收峰峰值大于平板型晶硅电池的吸收峰峰值。

基于有限差分法，推导了决定太阳能电池光生载流子产生、输运和收集过程的基本方程的差分形式，并编制了二维太阳能电池的计算程序。通过计算程序与商用计算软件计算的光生载流子产生速率、总光电流密度和晶格温度分布等结果的对比，证明了有限差分法是计算太阳能电池光生载流子产生、输运和收集过程的十分有效的方法。