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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1075| Radiative aspects of termal emitters | |
| Ana Hiza Ramirez Andrade | |
| JORGE ROBERTO ZURITA SANCHEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Micro/nano antenna Thermal radiation Radiation Q-factor | |
| A thermally-excited object acts as a broadband source of infrared radiation. This thesis examines theoretically (based on fluctuational electrodynamics) the termal emission of spherical antennas made of tungsten (W) and silicon carbide (SiC) (materials with high melting temperatures) as the antenna size and temperatura vary. In addition, a measure for the radiation quality factor (related to stored electromagnetic energy and radiated power) for a polychromatic source such as a thermal emitter is proposed. Specifically, the emissivity (the ratio of the spectral radiated power by an object and that by an ideal blackbody), the spectral stored electromagnetic energy (normalized with respect to thermal energy of a quantum oscillator, and decomposed into multipolar contributions together with their electric and magnetic parts) surrounding the antenna, and the radiation Q-factor (related to stored electromagnetic energy and radiated power) are analyzed. For a SiC-source, the emissivity and the spectral density of the stored energy exhibit multiple narrow resonances corresponding to phonon-polariton and whispering gallery modes; while for a W-antenna, high ohmic losses yield broad spectra corresponding to the aforementioned quantities (only an interband resonance shows up). These spectra depend strongly on the temperature and particle size. There is an optimal size of the antenna for which the emissivity is maximal; the aforementioned materials yield an emissivity larger than one. The multipolar contributions of the stored energy become more confined to the surface of the sphere as the multipolar order increases. The radiation Q-factor decreases as the particle radius and temperature increase, implying that the radiation efficiency of the thermal emitter increases as these parameters grow. The Q-factor for a Wantenna is smaller than that for a SiC-antenna (same size and temperature). Our work might have implications on the development of efficient broadband sources. Objetos excitados térmicamente actúan como fuentes infrarrojas con un ancho de banda espectral amplio. En este trabajo de tesis se examina teóricamente (en base a la electrodinámica fluctuacional) la emisión térmica de antenas esféricas de tungsteno (W) y carburo de silicio (SiC) (materiales con una temperatura alta de fusión) para diversos tamaños y temperaturas. Además, se propone una definición del factor de calidad de radiación para medir la eficiencia de emisión de estas fuentes policromáticas. Específicamente, se analiza la emisividad (razón de la potencia espectral emitida por la antena y la de un cuerpo negro ideal), la energía electromagnética espectral almacenada (normalizada con la energía térmica de un oscilador cuántico y descompuesta en contribuciones multipolares junto con sus partes eléctricas y magnéticas) en el espacio que rodea a la antena y el factor-Q de radiación (obtenido en función de estas dos últimas cantidades). En las esferas de SiC, se encuentra que la emisividad y la densidad de energía almacenada exhiben múltiples resonancias angostas de modos plasmón-polaritón o de galería susurrante mientras que, para las antenas de W, las altas pérdidas óhmicas ocasionan que los espectros de estas cantidades sean anchos (sólo una resonancia de transición interbanda se manifiesta). Estos espectros dependen fuertemente de la temperatura y el tamaño de la partícula. Existe un tamaño óptimo de la antena para el cual la emisividad es máxima; para estos materiales puede ser mayor a uno. Las contribuciones multipolares de la energía almacenada se vuelven más confinadas en la superficie de la esfera a medida que aumenta el orden multipolar. El factor-Q de radiación decrece al incrementar el tamaño de la fuente y la temperatura, lo que implica que la eficiencia de radiación de emisores termales aumenta a medida que estos parámetros crecen. Las antenas de W presentan un factor-Q de radiación menor que las antenas de SiC. Este trabajo podría tener implicaciones en el desarrollo de emisores térmicos eficientes. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2018-02 | |
| Tesis de maestría | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Ramírez Andrade, A. H., (2018). Radiative aspects of termal emitters, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| MICROELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Electrónica |
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