傳統(tǒng)的熱輻射器，如黑體和白熾燈泡，會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和方向上的損失。同時，由于大氣窗口是非連續(xù)的，為了實現(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。

一類是基于表面等離激元或表面聲子激元的光柵結(jié)構(gòu)，但這類器件的定向熱輻射特性受工作波長的限制，難以實現(xiàn)覆蓋大氣窗口的寬帶定向熱輻射。另一類是基于近零介電常數(shù)（ENZ）材料的膜系結(jié)構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)寬帶定向熱輻射，但該方法的工作波長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于多種ENZ材料的疊加，這會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的厚度增加，成本更高，制造工藝更復(fù)雜。因此，利用簡單、可擴展且具有成本效益的材料和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)匹配大氣窗口(MWIR+LWIR)的超寬帶定向熱輻射仍然是一個長期存在的挑戰(zhàn)。

近日，中國浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院李強教授課題組報道了覆蓋雙大氣窗口的定向熱輻射的最新研究成果。該團隊突破常規(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：（a）超寬帶特性：器件在整個中波紅外（3-5 μm）和長波紅外大氣窗口（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）和長波紅外（LWIR）雙大氣窗口內(nèi)是低輻射（~0.39/0.34）以實現(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)計不僅降低了制造成本，而且無需光刻，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并提供了設(shè)計上的靈活性，可以定制不同形狀和尺寸的需求。（d）可見光-紅外獨立可控的信息加密：可用于實現(xiàn)集成獨立可控的可見光-紅外信息加密和紅外信息防竊功能的器件。

這項研究成果不僅拓展了目前對定向熱輻射的認(rèn)識，也為實現(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，具有極好的擴展性，將有力推動紅外熱偽裝、信息加密、輻射制冷等領(lǐng)域的發(fā)展。

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

編輯：黃飛