量子井及光子晶體聯手加速紅外發射器
- 上線日期：2014/9/24 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
紅外線熱發射器被廣泛應用在化學分析、生物感測及熱造影上，然而傳統的紅外線發射器元件有熱能-光能轉換速度太慢的缺點，原因是發射光的強度取決於周遭溫度，但溫度變化很難在短時間內加以控制。最近，日本科學家製作出新式紅外線熱發射器，其熱能-光能轉換速度比傳統快上10000倍，且頻寬比黑體輻射光譜(Blackbody Spectrum)窄了70倍。
根據克西荷夫(Kirchhoff)熱輻射定律，物體在某溫度T的熱輻射光譜為Ireal(w,T)=A(w)´IBB(w,T)，其中A(w)為物體吸收光譜，IBB(w,T)為熱輻射強度光譜。藉由改變物體的溫度，可對其熱輻射強度做調整，但因溫度變化速率受限於物體和周遭環境的熱傳導，當頻率超過100 Hz時調整會變得非常困難。不過，克西荷夫熱輻射定律也顯示，若能在定溫下快速改變物體的吸收率(Absorptivity)，熱輻射強度便能被更快速地控制。
京都大學的Susumu Noda等人最近利用內含量子井(Quantum Well)的p-i-n二極體和二維光子晶體平板，製作出新式的紅外熱發射器。量子井為片狀半導體材料，而光子晶體是材料折射率呈周期性變化的奈米結構，能產生光子能隙(Band Gap)。光子能隙會影響光子在材料中的傳輸特性，如同半導體材料中利用週期性電位變化來定義導帶和禁帶，達到控制電子移動的目。拜光子能隙之賜，只有特定波段的光可通過光子晶體，其他波段的光會被反射。
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