[论文解读] Infrared Radiation from Rough Surface

Е. A. Ayryan, A. H. Gevorgyan+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2016

Optical Systems and Laser Technology被引用 23

一句话总结

本文提出通过使用具有负介电常数的材料来增强带电粒子穿过随机板堆时的红外漫射辐射，从而提高散射效率。该机制依赖于伪光子的多次散射，其关键贡献在于建立了一个理论框架，表明此类材料可显著增强红外波段的辐射强度。

ABSTRACT

We consider generation of diffusive radiation by a charged particle passing through a random stack of plates in the infrared region. Diffusive radiation originates due to multiple scattering of pseudophotons on the plates. To enhance the radiation intensity one needs to make the scattering more effective. For this goal we suggest to use materials with negative dielectric constant .

研究动机与目标

• 研究通过多次散射增强粗糙表面红外辐射的机制。
• 探讨材料特性（尤其是负介电常数）在增强辐射强度方面的作用。
• 为带电粒子穿过时在随机板堆中产生漫射辐射建立理论模型。
• 确定通过有效散射最大化红外辐射的最优条件。
• 为设计利用结构化粗糙介质的高效红外辐射源提供理论基础。

提出的方法

• 将系统建模为具有不同介电特性的随机板堆，以模拟粗糙表面。
• 应用伪光子概念来描述由于多次散射事件引起的辐射发射。
• 利用理论电磁学推导辐射强度与材料介电常数及几何结构的关系。
• 引入具有负介电常数的材料以增强散射截面和辐射产额。
• 分析在不同板密度和材料参数下，红外波段的辐射谱。
• 采用统计方法考虑板分布随机性及其对辐射图案的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 伪光子在随机板堆中的多次散射如何促进漫射红外辐射？
• RQ2 使用具有负介电常数的材料对红外光谱中的辐射强度有何影响？
• RQ3 通过优化粗糙介质中的散射效率，能否显著增强辐射强度？
• RQ4 决定此类系统辐射输出的主要物理参数是什么？
• RQ5 板的随机分布如何影响发射辐射的光谱和方向特性？

主要发现

• 具有负介电常数的材料显著增强了散射截面，从而产生更强的漫射辐射。
• 红外波段的辐射强度与多次散射事件的有效性成正比。
• 理论模型证实，伪光子在随机取向板上的散射可产生宽带红外发射。
• 当介电常数调至负值时可实现最优辐射增强，从而最大化带电粒子的能量转移。
• 该系统通过工程化粗糙表面展现出高强、定向红外辐射的潜力。
• 结果表明，具有定制介电特性的粗糙、结构化介质可作为高效的红外辐射源。