Page 109 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 杨迪皓，等: 鲍鱼壳微结构中远红外反射特性测试与仿真 ·2255·

0.869 μm，并增加一组 0.569 μm 以减小误差）和 1 μm
进行模拟，所得反射光谱如图 7 所示。

表 1 公差为 20 nm 层厚下鲍鱼壳模拟结构的峰值处 λ l 、
λ r 、λ d 及平均波长
Table 1 λ l , λ r , λ d and average wavelength at peak values of
a simulated abalone shell structure with a tolerance
of 20 nm layer thickness
层厚/μm λ l/μm λ r/μm λ d/μm 平均波长/μm
0.429 1.571 1.495 0.076 1.533

0.449 1.637 1.564 0.073 1.600
图 5 鲍鱼壳珍珠层中远红外漫反射光谱 0.469 1.701 1.622 0.079 1.661
Fig. 5 Mid-far infrared diffuse reflectance spectrum of 0.489 1.766 1.686 0.080 1.726
pearl layer of abalone shell
0.509 1.831 1.754 0.077 1.792

图 6 模拟结构在 20~1000 THz 的反射率
Fig. 6 Reflectivity of simulated structure at 20~1000 THz

由图 6 可见，鲍鱼壳的模拟壳结构在 900、720、
540、364、180 THz 频率对应波长分别为 333、417、
556、825、1665 nm，其结果与文献[10]结果相符合。
但从模拟结果分析，在中远红外波段 3~5 μm 和 8~
14 μm 处未见明显的反射峰。
2.4 调控模拟结构参数
为了使仿鲍鱼壳结构的高反射率红移至中远红
外区，分别研究了模拟结构（图 3）的层数、层宽、
层厚、间距、文石层折射率、蛋白质层折射率以及
文石层层厚和周期对模拟结果的影响。结果表明，
多层数和小间距有利于反射率峰值的提高，增大文
石层与蛋白质层折射率差值有利于增加峰宽，而层
厚和周期对偏移影响最大。经过模拟发现，选择大
小不同的层厚公差对模拟出来的反射率影响差别较
大。选取红外波段处中高反射率区域的左顶点和右
顶点的频率换算为左顶点波长（λ l ）和右顶点波长

（λ r ），计算左右顶点波长差，即峰宽（λ d ）。设置公
a—公差 20 nm；b—公差 200 nm；c—公差 1 μm
差 20 nm，取 0.429、0.449、0.469、0.489、0.509 μm
图 7 层厚大小对反射率的影响
5 组层厚进行模拟，结果如表 1 所示。
Fig. 7 Effect of layer thickness on reflectivity
由表 1 可知，增加层厚，λ d 基本保持不变，为
80 nm 左右，而峰的位置红移大致保持 65 nm。为验 由图 7 可见，λ d 仍保持在 80 nm 左右，但出现
证这一规律，公差增加为 200 nm（0.469、0.669、 分峰现象，综合考虑峰数和峰位的变化，仍满足上