幾種典型材料表面的雙向反射特性建模與實驗測量研究.pdf

1、隨著太陽能利用、遙感測量、輻射測溫以及半導(dǎo)體快速熱處理等技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了一批熱輻射起關(guān)鍵作用的表面輻射問題。雙向反射分布函數(shù)（BRDF）是粗糙物體表面的基本特性，可以精確地描述物體表面的反射能量在空間內(nèi)的分布情況。因此了解粗糙物體表面的BRDF對于輻射建模及傳熱分析來說至關(guān)重要。
　　本文首先對目前存在的多種BRDF建模理論進行了分析與總結(jié)，提出了一種基于微元粗糙表面理論的改進型BRDF模型。通過將改進型BRDF模型與其他模型

2、進行對比，結(jié)果表明：針對各向同性物體表面，該模型不僅滿足能量守恒定律，而且還可以避免大角度入射時BRDF模擬值失真的情況。因此該模型可以很好的描述物體表面的反射特性。
　　然后利用原子力顯微鏡（AFM）測量得到半導(dǎo)體硅材料的表面形貌分布數(shù)據(jù)，將其應(yīng)用到利用時域有限差分（FDTD）方法和幾何光學(xué)方法對半導(dǎo)體硅材料的BRDF模擬中。計算結(jié)果表明：在二維粗糙表面情況下，當物體表面呈現(xiàn)各向異性或物體表面十分光滑時，F(xiàn)DTD方法得到的結(jié)果可

3、以更好的和實驗測量數(shù)據(jù)擬合。
　　最后利用NIMS-Ⅲ型雙向反射分布函數(shù)測量實驗臺，測量研究了剛玉、氧化鋯等幾種典型材料表面的BRDF分布情況。測量結(jié)果表明：隨著入射角度的增大，BRDF的鏡向峰值都有增大的趨勢。在入射波長從380nm到2000nm的變化范圍內(nèi)，除碳化硅材料外，其他材料表面的BRDF分布隨著入射波長的增大都呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。由于利用實驗臺測量物體表面半球空間內(nèi)的所有角度的BRDF耗時較多，本文利用遺傳算法將實驗