论文摘要
随着近场光学和纳米科技的发展,尤其是扫描隧道显微镜的发明,大大提高了人们认识世界的能力。在用近场光学显微镜研究普通辐射源的热辐射特性时,发现当观察距离为半波长数量级时,热辐射出现了以前未曾发现的相干性,主要表现为波长辐射率或角度辐射率的半峰宽很窄以及辐射率峰值接近一,即有较好的时间相干性和空间相干性。表面波的激励对近场热辐射的相干性起到了关键作用。但是由于表面波的局域性,要想在远场也能观察到相干热辐射,就必须将表面波耦合到远场。耦合的方式有很多种,最常见的是利用微结构光栅的衍射作用进行耦合,但是这种方式只能对p波起作用。另外一种方式是利用光子晶体和极性材料组成的多层结构界面处产生表面声子极化子或表面等离子极化子进行耦合。这种方式能够对s波、p波都起作用。利用法布里-珀罗（Fabry-Perot,FP）谐振腔的结构也能产生相干热辐射。本文先从相干热辐射特性、相干热辐射实现方式、实验验证等方面分析目前国内外对相干热辐射的研究现状。重点研究一维光子晶体多层结构产生相干热辐射的理论。首先用传输矩阵的方法推导单层模的反射率,再根据能量守恒和基尔霍夫定律计算辐射率,进而推广到多层结构,获得光子晶体的辐射率计算方法。系统研究了含有负介电函数的双层模和光子晶体结构热辐射的相干性。详细分析了材料厚度及其光学性质对光子晶体结构相干热辐射的影响。为了进一步提高光子晶体结构的热辐射相干性,提出了以一维光子晶体为腔体的FP腔结构。理论计算了以一维光子晶体为腔体的FP腔的热辐射特性,其时间相干性与普通FP腔以及由一维光子晶体和金属银组成的结构相比有很大提高。这种结构的空间相干性有待于进一步提高。