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随着社会的快速发展，对能源及节能的需求越来越迫切，太阳能是未来能源利用的主要方向之一。太阳光被称为太阳辐射，是一些携带着能量的电磁波。它的主要能量分布在紫外光、可见光和近红外光区域。当前对太阳能的利用主要包含了光伏发电，太阳光制热及光合作用。本文根据太阳光在不同介质、不同结构中的不同属性，对太阳光的辐射调控进行了理论和实验的研究。
首先，提出了一种随机超材料薄膜的构想，这种薄膜可以增强太阳光的透过，同时减少室内向外发射的中红外辐射能量，实现增强温室效应的作用。
随后，本文基于米氏散射和等离子体激元理论，采用Matlab计算了不同结构、浓度以及厚度情况下超材料薄膜在紫外到中红外区间内反射率，透过率，并进行了优化设计。
本文根据设计优化方案，基于溶胶凝胶法，制备了这种超材料薄膜。文中测试了样品的性能，总结了制作工艺。随后，大规模制备了这类随机超材料薄膜。制备了两个相同尺寸的房屋模型，一个带有涂层，一个未涂涂层，用来测试薄膜的加热性能。有涂层模型比未涂涂层模型的“室内”温度高出约8℃。
此外，本文理论上提出了一种封装于PMMA中的具有良好波长选择性的亚波长光栅结构。由于这种结构相对于现有常见的高折射率对比度光栅(HCG)而言，具有较低的折射率对比度，故本设计被称为低折射率对比度光栅(LCG)。与高对比度是优良光学选择性必要条件假说相违背的是，我们的光栅是由有机玻璃和二氧化钛制成，在可见光区间的折射率对比度约为1.2。通常，高对比度光栅采用真空全悬浮或者能耗较大的金属材料制备，难以实现大规模低成本的应用。本文提出的低对比度光栅有望实现低成本、大面积的生产。
同时，采用了模式计算以及有效介质理论计算，预测了LCGs的光学特性。发现采用两种方法都可以很好地计算LCGs，它提供良好的光学选择性，并且其结构的参数改变敏感性弱于HCGs。
本文设计的是一种可对特定波长，垂直入射时进行反射，并在其他角度和其他波长体现较强透过性的低对比度亚波长光栅。这种结构有望被用于直接入射光的光捕获，如增强光合作用，产生白光的单色光发光二极管以及单能带太阳能电池的光谱转换等。设计时还采用商业时域有限差分软件（lumerical中的FDTD模块）进行模拟计算并采用粒子群算法对光学结构进行优化，尽量减小它在530nm附近的零度角的透过率。
文中最后采用纳米微加工的方法，从实验上制备出了这种亚波长光栅。测试结果与理论计算结果得到了较好的吻合。
首先，提出了一种随机超材料薄膜的构想，这种薄膜可以增强太阳光的透过，同时减少室内向外发射的中红外辐射能量，实现增强温室效应的作用。
随后，本文基于米氏散射和等离子体激元理论，采用Matlab计算了不同结构、浓度以及厚度情况下超材料薄膜在紫外到中红外区间内反射率，透过率，并进行了优化设计。
本文根据设计优化方案，基于溶胶凝胶法，制备了这种超材料薄膜。文中测试了样品的性能，总结了制作工艺。随后，大规模制备了这类随机超材料薄膜。制备了两个相同尺寸的房屋模型，一个带有涂层，一个未涂涂层，用来测试薄膜的加热性能。有涂层模型比未涂涂层模型的“室内”温度高出约8℃。
此外，本文理论上提出了一种封装于PMMA中的具有良好波长选择性的亚波长光栅结构。由于这种结构相对于现有常见的高折射率对比度光栅(HCG)而言，具有较低的折射率对比度，故本设计被称为低折射率对比度光栅(LCG)。与高对比度是优良光学选择性必要条件假说相违背的是，我们的光栅是由有机玻璃和二氧化钛制成，在可见光区间的折射率对比度约为1.2。通常，高对比度光栅采用真空全悬浮或者能耗较大的金属材料制备，难以实现大规模低成本的应用。本文提出的低对比度光栅有望实现低成本、大面积的生产。
同时，采用了模式计算以及有效介质理论计算，预测了LCGs的光学特性。发现采用两种方法都可以很好地计算LCGs，它提供良好的光学选择性，并且其结构的参数改变敏感性弱于HCGs。
本文设计的是一种可对特定波长，垂直入射时进行反射，并在其他角度和其他波长体现较强透过性的低对比度亚波长光栅。这种结构有望被用于直接入射光的光捕获，如增强光合作用，产生白光的单色光发光二极管以及单能带太阳能电池的光谱转换等。设计时还采用商业时域有限差分软件（lumerical中的FDTD模块）进行模拟计算并采用粒子群算法对光学结构进行优化，尽量减小它在530nm附近的零度角的透过率。
文中最后采用纳米微加工的方法，从实验上制备出了这种亚波长光栅。测试结果与理论计算结果得到了较好的吻合。