近年来，纳米光子学的加快速度进行发展实现了对热辐射波段和强度的独立调控，推动了辐射冷却、红外伪装等技术的进步。相比之下，由于设计原理和实施的复杂性，定向热发射的发展较为缓慢。研究表明，热发射缺乏方向性会导致器件效率降低。现存技术（如表面等离子体光栅、ENZ材料、布鲁斯特效应）虽能实现方向性发射，但仍面临诸多局限。最重要的是，现存技术均无法在宽谱带上同时控制热辐射强度和方向。因此，论文针对以上问题提出了一种基于VO₂金属-绝缘体相变（MIT）特性与伪布鲁斯特效应的超宽带方向可调热发射器（UDTTE），在3-20 μm的超宽带范围内实现幅度可调的定向热发射。这一策略逐渐增强了操纵热辐射的能力，并有望推动信息安全、红外伪装和热管理方面技术的进步。相关工作以Ultrabroadband directional tunable thermal emission control based on vanadium dioxide photonic structures为题发表在

　　本文从VO2的MIT特性和伪布鲁斯特效应出发，设计了如图1所示的UDTTE结构，其核心由VO2/Ag/石英多层薄膜构成。通过理论计算优化VO2层厚度为300 nm，实现了相变前在3–20 μm超宽波段全向的低发射率（平均0.07）；在相变后，该结构在入射角低于73°时保持低发射率（0.33），而在73°–83°的大角度范围内展现出高发射率（0.78），如图2所示。研究制备了基于刚性石英与柔性聚酰亚胺基底的UDTTE器件，通过SEM与光谱测量验证了其结构稳定性及温度依赖的发射特性（图3D-E）。实验表明，该器件在高温（68°C）下电阻变化达三个量级，且经1000次循环后稳定性很高。进一步结合信息加密实验（图4A-D），证实UDTTE可通过温度、视角与偏振协同实现多级加密，真实信息仅在特定条件下解密。此外，集成热电制冷器（TEC）的快速切换装置（图4E-G）可在2.3秒内完成温度循环，展示了其在动态热管理中的潜力。

　　图1.超宽带定向可调谐热发射（UDTTE）原理：(A)全向低发射率和定向高发射物体。(B)绝缘态VO2（I-VO2）的复折射率，插图显示了不同入射角下热发射在I-VO2上的传播。(C)计算的30 nm厚I-VO2的透射率随波长和角度变化云图，虚线表示计算出的布儒斯特角。(D)金属态VO2（M-VO2）的复折射率，插图显示了不同入射角下热发射在M-VO2中的传播。(E)计算的30 nm厚M-VO2的反射率随波长和角度变化云图，虚线表示计算的伪布鲁斯特角。

　　图2. UDTTE的发射率光谱与功率损耗密度分布计算（p偏振）：(A) UDTTE的示意图。(B)VO₂/Ag（200 nm）/石英（1 mm）结构在84°入射角下，VO₂层厚度与平均发射率的关系。(C) UDTTE在相变前（左）和相变后（右）的角度依赖性发射光谱。(D) UDTTE在3–20 μm范围内的平均发射率。(E)计算的波长为20 μm的p偏振电磁波以不同角度入射到UDTTE上的功率损耗分布。

　　图3. UDTTE的制备和表征：柔性(A)和刚性(B)UDTTE的光学照片。(C)刚性UDTTE扫描电子显微镜照片。(D)（i）UDTTE在3–20 μm范围内测量的角度依赖性发射光谱（p偏振）；（ii）相变前后UDTTE在3–20 μm范围内的平均发射率随角度的变化。(E)在加热和冷却过程中测量的UDTTE电阻。(F)UDTTE与其他宽带定向热发射器的性能对比。

　　图4. UDTTE实现多级红外信息加密的实验验证：(A)基于UDTTE的信息误导场景示意图，以及可见光与红外相机（假设在温度68°C、p偏振及70°视角下拍摄）捕获的误导箭头图案图像。(B)基于UDTTE实现信息误导功能的实验流程示意图。(C)在不一样的温度、视角和偏振下，带有伪装箭头图案的UDTTE（子图左侧区域）与高发射率对照样品（子图右侧区域）的红外图像。(D) UDTTE在不一样的温度、偏振和视角下的相对辐射强度分布。(E)与TEC集成的UDTTE的光学图像。(F)基于TEC的快速温度切换装置在解密（上）与加密（下）状态下的红外图像。(G)循环施加正向/反向电压下快速温度切换装置的气温变化曲线。

　　小结：本文成功设计并验证了一种基于VO2金属-绝缘体相变与伪布鲁斯特效应的超宽带方向可调热发射器。该器件在相变前（绝缘态）表现出全波段（3–20μm）及全角度下的超低发射率（平均0.07），而相变后（金属态）通过伪布鲁斯特效应实现了大角度（73°–83°）高发射率（0.78）与低角度（73°）低发射率（0.33）的动态调控。实验表明，UDTTE可通过温度、视角和偏振协同作用实现多级信息加密，真实信息仅在高温（68°C）、p偏振及特定视角下解密，其加密机制兼具主动（温度触发）与被动（角度/偏振依赖）特性。这项研究明显提高了操纵热辐射的能力，为更复杂的光谱工程提供了独特的见解，并展示了偏振相关定向热辐射的应用潜力。此外，UDTTE结构相对比较简单，支持低成本、规模化制造，为高级信息安全与热管理应用的发展提供了广阔前景。

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