傳統(tǒng)的熱輻射器，如黑體和白熾燈泡，會(huì)在所有方向上均勻發(fā)射光譜連續(xù)且非偏振的光。這些特性限制了對(duì)熱輻射光譜和輻射方向的控制，導(dǎo)致能量在不需要的波長(zhǎng)和方向上的損失。同時(shí)，由于大氣窗口是非連續(xù)的，為了實(shí)現(xiàn)紅外熱偽裝并兼顧熱管理，物體需要在3-5 μm中波紅外（MWIR）和8-14 μm長(zhǎng)波紅外（LWIR）雙大氣窗口內(nèi)具有低輻射特性，而在5-8μm的非大氣窗口內(nèi)具有高輻射特性以實(shí)現(xiàn)有效的同步輻射制冷。目前，研究定向熱輻射器件主要可以分為兩類(lèi)。

一類(lèi)是基于表面等離激元或表面聲子激元的光柵結(jié)構(gòu)，但這類(lèi)器件的定向熱輻射特性受工作波長(zhǎng)的限制，難以實(shí)現(xiàn)覆蓋大氣窗口的寬帶定向熱輻射。另一類(lèi)是基于近零介電常數(shù)（ENZ）材料的膜系結(jié)構(gòu)，雖然可以實(shí)現(xiàn)寬帶定向熱輻射，但該方法的工作波長(zhǎng)和定向熱輻射特性受到自然界中ENZ材料可用性的限制。此外，由于這種寬帶特性依賴(lài)于多種ENZ材料的疊加，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的厚度增加，成本更高，制造工藝更復(fù)雜。因此，利用簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展且具有成本效益的材料和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)匹配大氣窗口(MWIR+LWIR)的超寬帶定向熱輻射仍然是一個(gè)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。

近日，中國(guó)浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院李強(qiáng)教授課題組報(bào)道了覆蓋雙大氣窗口的定向熱輻射的最新研究成果。該團(tuán)隊(duì)突破常規(guī)思路，超越定向熱輻射的窄帶制約和材料限制，提出了將亞波長(zhǎng)電介質(zhì)薄膜與輻射襯底結(jié)合，利用法布里珀羅腔和布儒斯特效應(yīng)，制備出了匹配大氣窗口(MWIR+LWIR)的超寬帶定向熱輻射器件。

該定向熱輻射器件具有四大特點(diǎn)：（a）超寬帶特性：器件在整個(gè)中波紅外（3-5 μm）和長(zhǎng)波紅外大氣窗口（8-14 μm）都表現(xiàn)出定向熱輻射特性。（b）兼容熱管理的紅外熱偽裝：器件在中波紅外（MWIR）和長(zhǎng)波紅外（LWIR）雙大氣窗口內(nèi)是低輻射（~0.39/0.34）以實(shí)現(xiàn)紅外熱偽裝，在5-8 μm非大氣窗口范圍內(nèi)是高輻射（~0.75）以實(shí)現(xiàn)有效的同步輻射制冷。（c）單層平面結(jié)構(gòu)：器件的制備僅涉及單層薄膜沉積。這種設(shè)計(jì)不僅降低了制造成本，而且無(wú)需光刻，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并提供了設(shè)計(jì)上的靈活性，可以定制不同形狀和尺寸的需求。（d）可見(jiàn)光-紅外獨(dú)立可控的信息加密：可用于實(shí)現(xiàn)集成獨(dú)立可控的可見(jiàn)光-紅外信息加密和紅外信息防竊功能的器件。

這項(xiàng)研究成果不僅拓展了目前對(duì)定向熱輻射的認(rèn)識(shí)，也為實(shí)現(xiàn)寬帶定向熱輻射引入了新的思路。該方法也同樣適用于硫化物、氧化物等其它材料體系，具有極好的擴(kuò)展性，將有力推動(dòng)紅外熱偽裝、信息加密、輻射制冷等領(lǐng)域的發(fā)展。

這項(xiàng)研究的第一作者為博士研究生應(yīng)云斌為，通訊作者為李強(qiáng)教授，西湖大學(xué)仇旻教授對(duì)本論文提供指導(dǎo)。

編輯：黃飛