超高温FTIR光谱发射率测量系统的线性度分析

为研究航天领域特种材料高温区域的光谱辐射特性,建立了基于傅里叶光谱仪的超高温光谱发射率测量系统。系统线性度是发射率测量精度的保证,通过测量多温度点黑体辐射的光谱信号,采用多温度点线性拟合方法求得每个光谱点的光谱信号值与黑体光谱辐射亮度的函数关系式,并结合仪器线性度测量理论,建立了光谱发射率测量系统的线性度测量方法。实验测量了黑体温度范围1 000～2 000℃和光谱范围3～20μm的光谱辐射信号,求得波长λ=4μm的理论直线与测量光谱值的线性关系。实验表明,仪器在4～18μm光谱范围响应较好,除CO2强吸收光谱区域,仪器的光谱线性度均优于1%。当测量系统线性度一定时,温度越高,光谱误差对发射率的影响越小。评定光谱发射率测量系统的线性度有利于剔除个别温度点光谱扰动带来的误差。     

热辐射研究综合实验平台的设计

设计了一个测量热辐射多个基本特性的综合实验平台,定量研究了辐射反平方定律、斯特藩-玻尔兹曼辐射定律、兰贝特余弦定律,且得到的数据与理论符合得较好,同时利用该平台还定性研究了基尔霍夫定律,揭示了物体的辐射能力与吸收能力的正相关性.该平台具有功能多、成本低、操作简便等优点,可引入大学物理实验教学中.     

气动光学头罩热辐射效应数值仿真研究

气动热环境下高速飞行器的光学头罩由于受气动热效应作用,其温度急剧升高,产生严重的气动热辐射效应。为评估气动热环境下高速飞行器光学头罩热辐射对探测系统性能的影响,采用有限光线代表连续辐射的方法,并引入热瞳概念建立了气动光学头罩热辐射传输计算模型并对气动光学头罩自身干扰辐射光线在光学系统内的传输进行了数值仿真,考察了光学头罩温度场为非均匀分布时其自身干扰辐射在探测器接收面的辐照度分布。研究结果表明:由头罩顶点求得的热瞳是光学头罩热辐射能的公共入口,它可将光线追迹的时间减小至追迹全部光线所需时间的十几分之一;根据探测器接受面干扰辐射随时间的变化趋势可知在飞行数秒后头罩干扰辐射将淹没目标信号,气动光学头罩热辐射效应不容忽视。     

微结构表面热辐射光谱特性的分析方法

微结构表面热辐射光谱特性研究分析的一个主要问题在于表面微结构复杂的空间自由度以及计算方法.针对以上问题本文建立了任意微结构表面的物理模型,基于电磁波理论给出了微结构表面热辐射满足的麦克斯韦方程组.将时域有限差分方法(FDTD)用于麦克斯韦方程组的离散求解,引入场分离处理方法,直接计算提取反射场量,进而采用坡印廷定理计算得到能流以及光谱特性.最后,分别计算了随机微结构表面和微腔表面的热辐射光谱特性,并与相关文献的实验以及计算结果进行了比较.     

热辐射扫描成像系统的实验研究

本介绍一种最新研制的适合于基础物理实验的热辐射与红外扫描成像实验仪,利用它测量了有狭缝铝表面样品的红外图像,并与理论模拟的图像以及样品的实际值进行了比较。     

吸收-透射界面下正弦折射率介质内辐射换热

对具有吸收-透射性边界面的梯度折射率半透明介质层,建立了介质内热辐射传递与边界面辐射换热的数理模型,并采用数值弯曲光线跟踪法求解介质内的热辐射传递。通过数值模拟,分析了正弦折射率下,边界面的反射特性、吸收率以及介质层光学厚度对介质内热辐射平衡温度场及热流分布的影响。结果表明,边界面的反射特性与吸收率对介质内辐射换热均有重要影响,吸收率的影响与边界面反射特性、介质层光学厚度及环境条件相关,呈现特征不同的作用。     

微结构气体夹层的导热和辐射比较

气体夹层作为散热或绝热机构在微传感器、微驱动器等微器件中是经常出现的。通常认为,气体夹层的导热是微结构表面间热量传递的主要方式,而表面间的热辐射可以忽略不计。本文比较了不同尺度和温度下电介质材料表面间导热和辐射换热的相对强弱,发现当辐射表面间距离只有十几个纳米的时候,辐射换热会大大强于导热。根据不同尺度和温度下导热和辐射相对强弱的不同,对微结构中电介质材料表面间热传递的主要方式进行了划分。     

《近代物理学中重大发现的再探索》连载①——热辐射规律的探究

以热辐射的经验公式为例,用重新探索的方式来叙述这个物理学史中重大发现所经历的探究过程,具体介绍科学创新的思想和方法,以及相应的数学物理工具,促进大学生创新能力的培养.     

影响土壤偏振亮度温度的因子分析

土壤作为自然界的重要组成部分之一,对生态系统的形成和人类的生存均起着绝对不可忽视的作用,故对于土壤热红外偏振辐射特性的研究,具有十分重要的现实意义。而且,关于土壤在2π空间内的偏振热辐射特性的研究,国内外还未见报道。研究结果表明： 随着探测角的改变,土壤的偏振亮度温度在0°～80°范围内呈现非线性变化,当探测角的变化范围为60°～80°时,其偏振亮度温度随着探测角的增大而呈现明显的上升趋势;不同方位角条件下,土壤的偏振亮度温度会发生改变,在0°～240°范围内,随着方位角的增大而呈现上升趋势,在240°～320°范围内,呈现下降趋势;波段和偏振角对于土壤的偏振亮度温度的变化均具有一定的影响,而且二者的变化曲线的波动幅度都较为平缓;不同土壤类型的偏振辐射亮度温度不同,呈现草甸黑土>淋溶黑钙土>典型黑钙土>草甸风沙土的规律。以上研究为热红外偏振遥感基础理论研究提供重要依据。     

吸收杂质热辐射诱导光学薄膜破坏的热力机制

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响.以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程.研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏.在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性.此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌.