[发明专利]一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法

摘要

本发明属于光谱领域，具体涉及一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，特别是涉及一种ZnS/ZnSe叠层红外光学材料定向光谱热辐射率的计算方法。本发明通过建立辐射光波在叠层材料轴向传输的物理模型，通过光学非相干传输理论，获得二元叠层材料后的定向光谱热辐射率，建立了ZnS和ZnSe的基本物性和物理厚度与定向光谱热辐射率之间的物理关系，对于二元叠层材料的定向光谱热辐射率的计算具有普适性，为二元叠层材料的定向光谱热辐射提供理论依据。

主权项

1.一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：(1)计算二元叠层光学材料中各界面的反射率和透射率光谱：假设二元叠层光学材料中，前表面为X介质，后表面为Y介质，所述X介质、Y介质和空气的复折射率分别为N_A、N_B、N₀，入射角为θ₀，则所述X介质和Y介质内的复折射角和如公式(1)所示：二元叠层光学材料中两种介质叠加共形成三个界面，其中，第1界面为空气与X介质之间形成的界面，第2界面为X介质与Y介质之间形成的界面，第3界面为Y介质与空气之间形成的界面；第1界面的反射率和透射率分别为R1和T1；第2界面的反射率和透射率分别为R2和T2；第3界面的反射率和透射率分别为R3和T3；根据公式(2)、(3)和(4)，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的反射率，构建各界面的反射率光谱：其中，R1,s和R1,p分别为第1界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R2,s和R2,p分别为第2界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R3,s和R3,p分别为第3界面的S偏振反射率和P偏振反射率；根据第1界面的透射率T1＝1‑R1，第2界面的透射率T2＝1‑R2，第3界面的透射率T3＝1‑R3，分别计算所述第1界面、第2界面和第3界面的透射率，构建各界面的透射率光谱；(2)计算二元叠层光学材料中各介质的内透过率光谱：介质中复折射角的正弦和余弦，如公式(5)所示：其中，s′和s″分别为复折射角的正弦的实部和虚部，c′和c″分别为复折射角的余弦的实部和虚部；介质的等效折射率如公式(6)所示：其中，n和k分别为介质的折射率和消光系数；光线真实传播角度与等效折射率的关系，如公式(7)所示：等效消光系数K与等效折射率的关系，如公式(8)所示：根据公式(5)～(8)，计算介质的等效折射率和等效消光系数K；根据公式(9)计算入射到介质表面的折射光波在介质内部的内透过率u：其中，d为介质的几何厚度，λ为空气中的波长；根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算所述X介质和Y介质的内透过率ux和uy，构建各介质的内透过率光谱；(3)计算等效界面的反射率和透射率光谱：①将X介质等效为界面x，根据公式(10)，计算从空气出射的透射率Tx，构建从空气出射的透射率光谱：根据公式(11)，计算从Y介质出射的反射率Rx，构建从Y介质出射的反射率光谱：②将Y介质等效为界面y，根据公式(12)，计算从空气出射的透射率Ty，构建从空气出射的透射率光谱：根据公式(13)，计算从X介质方向出射的反射率Ry，构建从X介质方向出射的反射率光谱：(4)计算介质的双向定向光谱热辐射率光谱：根据公式(14)，计算Y介质的前表面光谱热辐射率εY‑front，构建Y介质的前表面光谱热辐射率光谱：根据公式(15)，计算Y介质的后表面光谱热辐射率εY‑rear，构建Y介质的后表面光谱热辐射率光谱：根据公式(16)，计算X介质的前表面光谱热辐射率εX‑front，构建X介质的前表面光谱热辐射率光谱：根据公式(17)，计算X介质的后表面光谱热辐射率εX‑rear，构建X介质的后表面光谱热辐射率光谱：根据公式(18)，计算二元叠层材料的前表面光谱热辐射率εfront，构建二元叠层材料的前表面光谱热辐射率光谱：εfront＝εY‑front+εX‑front  (18)根据公式(19)，计算二元叠层材料的后表面光谱热辐射率εrear，构建二元叠层材料的后表面光谱热辐射率光谱：εrear＝εY‑rear+εX‑rear  (19)。