强激光与粒子束
2023, 35(10): 106002
南京大学现代工程与应用科学学院光热调控研究中心,江苏 南京 210033
在高温环境中对人体降温以保持舒适性是很重要的。近年来,辐射制冷织物通过红外光学性能的设计,能够在不消耗能量的情况下将人体的热量尽可能散出去,为实现在室内和室外场景中的人体降温提供了新的机会。与室内可控热环境不同,室外热环境的特点是太阳辐照强度强,因此,在将人体热量尽可能散出去的同时还需阻止太阳热量的输入。基于室内和室外热环境的差异,分别从室内和室外应用场景的角度介绍了辐射制冷织物的设计策略,并综述了其发展情况,最后对辐射制冷织物的未来发展方向进行了展望。
辐射制冷 热辐射 织物 人体降温 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316006
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220417
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian, People’s Republic of China
2 Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian, People’s Republic of China
Efficient thermal radiation in the mid-infrared (M-IR) region is of supreme importance for many applications including thermal imaging and sensing, thermal infrared light sources, infrared spectroscopy, emissivity coatings, and camouflage. The ability to control light makes metasurfaces an attractive platform for infrared applications. Recently, different metamaterials have been proposed to achieve high thermal radiation. To date, broadening the radiation bandwidth of a metasurface emitter (meta-emitter) has become a key goal to enable extensive applications. We experimentally demonstrate a broadband M-IR thermal emitter using stacked nanocavity metasurface consisting of two pairs of circular-shaped dielectric (Si3N4)-metal (Au) stacks. A high thermal radiation can be obtained by engineering the geometry of nanocavity metasurfaces. Such a meta-emitter provides wideband and broad angular absorptance of both p- and s-polarized light, offering a wideband thermal radiation with an average emissivity of more than 80% in the M-IR atmospheric window of 8-14 μm. The experimental illustration together with the theoretical framework establishes a basis for designing broadband thermal emitters, which, as anticipated, will initiate a promising avenue to M-IR sources.
mid-infrared wideband perfect thermal radiation surface plasmon resonance metasurface nanocavity International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(1): 015402
1 1.南京理工大学 能源与动力工程学院, 南京 210094
2 2.陆军装备部驻株洲地区航空军事代表室, 株洲 412002
3 3.中国电子科技集团 第十六研究所, 合肥 230088
钙钛矿锰氧化物(Perovskite manganese oxide, PMO)因受外界条件激励而发生变色的特性, 在散热领域中受到广泛关注。目前绝大多数针对PMO的变色特性的研究都是以温度激励为基础, 以电场激励实现的散热器件仍旧缺乏。由于电场激励伴随着焦耳热的影响, 目前PMO材料是否存在电致变色性能尚未得到明确证明。针对以上问题, 本研究利用电场激励对PMO内部Mn元素的影响, 提出了一种针对PMO材料的电改性方法。通过电改性大幅减弱PMO热致变色性能, 进而使La0.7Ca0.25K0.05MnO3(LCKMO)在电场激励实验中能够排除焦耳热的影响。对LCKMO电改性前后的热致变色及电致变色性能进行研究。电改性前的LCKMO发射率随温度升高而增大, 最大增量为17%。并且在受21 V电场激励后, 其发射率在173、203、243、273和373 K分别出现了15%、16%、10%、0.6%和1.4%的增量。电改性后的LCKMO热致变色性能大幅减弱, 且在受21 V电场激励后, 其发射率在273和373 K出现了10.7%和9.3%的增量。电改性前后的实验结果表明: LCKMO存在电致变色性能, 并且电场激励对LCKMO发射率的调控机制存在明显规律。此外, 针对PMO材料的电改性方法不仅能令PMO材料在排除焦耳热的影响下进行电致变色研究, 更为调控PMO材料热致变色性能提供了新的可能。
钙钛矿 热辐射 电致变色 焦耳热 perovskite thermal radiation electrochromic Joule heat
1 国网河北能源技术服务有限公司, 河北 石家庄 050021
2 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
辐射是各种燃烧过程中热传递的主要方式。 在不同的火焰中, 辐射光谱分布十分复杂。 在这项工作中, 利用光谱仪测量了可见光(200~900 nm), 近红外(900~1 700 nm)和中红外(2 500~5 000 nm)波段火焰的光谱强度, 分析了空气和富氧气氛下扩散火焰的光谱特征。 并基于光谱分析, 定量得到了火焰中碳烟以及气体发射的辐射力, 计算了火焰的温度分布。 结果表明, 空气燃烧中的火焰温度低于富氧燃烧中的火焰温度。 在空气气氛下, 火焰中的碳烟和气体均对中的热辐射起着重要作用。 而在富氧气氛下, 气体对于火焰热辐射更为重要。 在可见光和近红外波段, 由于在空气气氛下火焰中碳烟的大量形成, 光谱曲线显示出了良好连续性。 而富氧气氛下火焰的辐射光谱降低。 在中红外波段, 空气气氛下火焰的气体辐射明显弱于富氧气氛下火焰的气体辐射。
富氧燃烧 热辐射 测量 扩散火焰 光谱分析 Oxy-combustion Thermal radiation Measurement Diffusion flames Spectral analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1654
1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心,浙江 杭州 310058
2 浙江大学上海高等研究院,上海 201203
近年来,随着超材料研究的发展,中红外波段的吸波超表面得到了快速发展,其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理,然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势,最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。
探测器 中红外波段 超表面 完美吸收 热辐射 热隐身 光学学报
2022, 42(17): 1704001
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室,江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室,江苏 苏州 215006
尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力,但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差(NETD)公式,以Offner型热红外成像光谱仪为例,分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系,研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后,采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声,使探测信号与目标本身信号基本一致。
仪器 非制冷红外成像光谱仪 内部热辐射 杂散辐射抑制 噪声等效温差 表面抛亮 光学学报
2022, 42(15): 1512006
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Jiao Tong University, University of Michigan–Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
2 Shanghai Jiao Tong University, Department of Physics and Astronomy, Shanghai, China
The control of thermal emission is of great importance for emerging applications in energy conversion and thermometric sensing. Usually, thermal emission at ambient temperature is limited to the mid- to far-infrared, according to the linear theory of Planck’s law. We experimentally demonstrate a broadband nonlinear thermal emission in the visible-NIR spectrum within a quadradic nonlinear medium, which emits visible thermal radiation through a pump-driven nonlinear upconversion from its mid-IR components even at room temperature, unlike its linear counterpart which requires ultrahigh temperature. The broadband emission is enabled by the crucial random quasi-phase-matching condition in our nonlinear nanocrystal powders. Moreover, nonlinear thermal emission also permits visible thermometry using traditional optical cameras instead of thermal ones. This scheme paves the way to understand thermal radiation dynamics with nonlinearity in many fields, such as nonlinear heat transfer and nonlinear thermodynamics.
thermal radiation nonlinear optics mid-infrared up-conversion sum-frequency generation nanocrystal Advanced Photonics
2022, 4(4): 045001