CN106526840A - 一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光谱领域，具体涉及一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，特别是涉及一种ZnS/ZnSe叠层红外光学材料定向光谱热辐射率的计算方法。本发明通过建立辐射光波在叠层材料轴向传输的物理模型，通过光学非相干传输理论，获得二元叠层材料后的定向光谱热辐射率，建立了ZnS和ZnSe的基本物性和物理厚度与定向光谱热辐射率之间的物理关系，对于二元叠层材料的定向光谱热辐射率的计算具有普适性，为二元叠层材料的定向光谱热辐射提供理论依据。

Description

一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法

技术领域

本发明属于光谱领域，具体涉及一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，特别是涉及一种ZnS/ZnSe叠层红外光学材料定向光谱热辐射率的计算方法。

背景技术

ZnS和ZnSe材料是两种重要的红外光学材料，广泛应用于各类红外光电成像与光电探测系统。根据制备工艺技术的不同，热压ZnS材料和CVD ZnS材料的透明区在1μm～13μm波段，多光谱ZnS的透明区则为0.35μm～13μm；热压ZnSe材料的透明区在1μm～20μm波段，CVD ZnSe材料的透明区则可以拓展到0.5μm～20μm。随着现代红外多谱段成像与光电探测系统的发展，宽谱段共口径是主要发展趋势之一，可以简化系统、缩小体积和减轻重量，更重要的是可以实现全天候工作，因此对红外光学材料提出了宽透明区的发展需求。

CVD ZnSe材料具有良好的宽谱段透过性能，能够满足宽透明区的发展需求，但是其硬度和抗折强度较ZnS材料差，不能满足高速飞行平台带来的雨和灰尘侵蚀的问题。CVDZnS材料的强度优于ZnSe材料，能够克服高达1马赫的飞行速度带来的影响，但是其透光范围较ZnSe差。因此，为了将ZnS的抗雨蚀能力和ZnSe优异的光学性质相结合，人们提出一种ZnS/ZnSe叠层复合材料，并将ZnS和ZnSe如何制成叠层材料成为红外光学材料的重点方向，美国海空战争中心武器部曾经指出，ZnS/ZnSe叠层材料是红外窗口和头罩领域的新尖端材料之一。该叠层材料的特点是利用CVD沉积技术制备出ZnS和ZnSe，其中ZnS的厚度约为1mm，ZnSe的厚度约为5mm。光波在叠层材料的轴向光学性能取决于叠层的界面和两种材料的基本物性，由于两种材料的物理厚度远大于红外光波的波长尺度，红外光波的传输不能产生相干叠加现象，所以需要用传统非相干光传输理论计算叠层材料的定向光谱热辐射特性。由于ZnS和ZnSe材料的介电常数相近，因此在ZnS/ZnSe叠层材料的研究上主要集中于制备工艺技术，对于叠层材料的定向光谱热辐射特性理论过程报道较少。但是深入理解光波的传输特性对于调整叠层材料的光学特性具有重要意义，尤其是可以指导工艺技术的改进方向，获得工艺调整的理论依据。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，以解决如何确定二元叠层光学材料定向光谱热辐射特性的问题。

(二)技术方案

本发明提出一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，所述计算方法包括如下步骤：

(1)计算二元叠层光学材料中各界面的反射率和透射率光谱：

假设二元叠层光学材料中，前表面为X介质，后表面为Y介质，所述X介质、Y介质和空气的复折射率分别为N_A、N_B、N₀，入射角为θ₀，则所述X介质和Y介质内的复折射角和如公式(1)所示：

二元叠层光学材料中两种介质叠加共形成三个界面，第1界面的反射率和透射率分别为R₁和T₁；第2界面的反射率和透射率分别为R₂和T₂；第3界面的反射率和透射率分别为R₃和T₃；

根据公式(2)、(3)和(4)，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的反射率，构建各界面的反射率光谱：

其中，R_1,s和R_1,p分别为第1界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_2,s和R_2,p分别为第2界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_3,s和R_3p分别为第3界面的S偏振反射率和P偏振反射率；

根据第1界面的透射率T₁＝1-R₁，第2界面的透射率T₂＝1-R₂，第3界面的透射率T₃＝1-R₃，分别计算所述第1界面、第2界面和第3界面的透射率，构建各界面的透射率光谱；

(2)计算二元叠层光学材料中各介质的内透过率光谱：

介质中复折射角的正弦和余弦，如公式(5)所示：

其中，s′和s″分别为复折射角的正弦的实部和虚部，c′和c″分别为复折射角的余弦的实部和虚部；

介质的等效折射率如公式(6)所示：

其中，n和k分别为介质的折射率和消光系数；

光线真实传播角度与等效折射率的关系，如公式(7)所示：

等效消光系数K与等效折射率的关系，如公式(8)所示：

根据公式(5)～(8)，计算介质的等效折射率和等效消光系数K；根据公式(9)计算入射到介质表面的折射光波在介质内部的内透过率u：

其中，d为介质的几何厚度，λ为波长；

根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算所述X介质和Y介质的内透过率u_x和u_y，构建各介质的内透过率光谱；

(3)计算等效界面的反射率和透射率光谱：

①将X介质等效为界面x，根据公式(10)，计算从空气出射的透射率T_x，构建从空气出射的透射率光谱：

根据公式(11)，计算从Y介质出射的反射率R_x，构建从Y介质出射的反射率光谱：

②将Y介质等效为界面y，根据公式(12)，计算从空气出射的透射率T_y，构建从空气出射的透射率光谱：

根据公式(13)，计算从X介质方向出射的反射率R_y，构建从X介质方向出射的反射率光谱：

(4)计算介质的双向定向光谱热辐射率光谱：

根据公式(14)，计算Y介质的前表面光谱热辐射率ε_Y-front，构建Y介质的前表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(15)，计算Y介质的后表面光谱热辐射率ε_Y-rear，构建Y介质的后表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(16)，计算X介质的前表面光谱热辐射率ε_X-front，构建X介质的前表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(17)，计算X介质的后表面光谱热辐射率ε_X-rear，构建X介质的后表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(18)，计算二元叠层材料的前表面光谱热辐射率ε_front，构建二元叠层材料的前向光谱热辐射率光谱：

ε_front＝ε_Y-front+ε_X-front (18)

根据公式(19)，计算二元叠层材料的后表面光谱热辐射率ε_rear，构建二元叠层材料的后向光谱热辐射率光谱：

ε_rear＝ε_Y-rear+ε_X-rear (19)。

进一步地，所述X介质为ZnS，所述Y介质为ZnSe。

(三)有益效果

本发明提出一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，特别是涉及一种ZnS/ZnSe叠层红外光学材料定向光谱热辐射率的计算方法。本发明通过建立辐射光波在叠层材料轴向传输的物理模型，通过光学非相干传输理论，获得二元叠层材料后的定向光谱热辐射率，建立了ZnS和ZnSe的基本物性和物理厚度与定向光谱热辐射率之间的物理关系，对于二元叠层材料的定向光谱热辐射率的计算具有普适性，为二元叠层材料的定向光谱热辐射提供理论依据。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中二元叠层光学材料光传输示意图；

图2为本发明具体实施方式中X介质等效界面的物理模型示意图；

图3为本发明具体实施方式中X介质等效界面的热辐射传输物理模型示意图；

图4为本发明具体实施方式中Y介质等效界面的物理模型示意图；

图5为本发明具体实施方式中Y介质等效界面的热辐射传输物理模型示意图；

图6为本发明具体实施方式中ZnS的折射率和消光系数；

图7为本发明具体实施方式中ZnSe的折射率和消光系数；

图8为本发明具体实施方式中三个界面的反射率光谱；

图9为本发明具体实施方式中ZnS和ZnSe的内透过率光谱；

图10为本发明具体实施方式中ZnS等效界面的反射率光谱与透射率光谱；

图11为本发明具体实施方式中ZnSe等效界面的反射率光谱与透射率光谱；

图12为本发明具体实施方式中ZnS/ZnSe叠层材料的前向法向光谱热辐射率光谱；

图13为本发明具体实施方式中ZnS/ZnSe叠层材料的后向法向光谱热辐射率光谱；

图14为本发明具体实施方式中ZnS/ZnSe叠层材料的前向光谱热辐射角分布；

图15为本发明具体实施方式中ZnS/ZnSe叠层材料的后向光谱热辐射角分布。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的具体实施方式提出一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，该计算方法包括如下步骤：

(1)计算二元叠层光学材料中各界面的反射率和透射率光谱：

假设二元叠层光学材料中，前表面为X介质，后表面为Y介质，X介质、Y介质和空气的复折射率分别为N_A、N_B、N₀，入射角为θ₀，则X介质和Y介质内的复折射角和满足菲涅耳定律，如公式(1)所示：

二元叠层光学材料中两种介质叠加共形成三个界面，如图1所示。第1界面的反射率和透射率分别为R₁和T₁；第2界面的反射率和透射率分别为R₂和T₂；第3界面的反射率和透射率分别为R₃和T₃；

当光束倾斜入射到介质中时，S偏振和P偏振的反射率不同。根据公式(2)、(3)和(4)，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的反射率，构建各界面的反射率光谱：

其中，R_1,s和R_1,p分别为第1界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_2,s和R_2,p分别为第2界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_3,s和R_3p分别为第3界面的S偏振反射率和P偏振反射率。

根据第1界面的透射率T₁＝1-R₁，第2界面的透射率T₂＝1-R₂，第3界面的透射率T₃＝1-R₃，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的透射率光谱，构建各界面的透射率光谱。

(2)计算二元叠层光学材料中各介质的内透过率光谱：

光波在吸收介质中以非均匀波方式传播，等幅面和等相面分离不重合，它们分别有各自的法线方向，只有当正入射时，两个法线方向才是重合的。因此，利用等幅面和等相面的法线方向表征光波的传输，在吸收介质中使用等效折射率(等相位面法线的模)、等效消光系数K(等幅面法线的模)和光线真实传播角度表征光波的传输行为。

介质中复折射角的正弦和余弦为复数，如公式(5)所示：

其中，s′和s″分别为复折射角的正弦的实部和虚部，c′和c″分别为复折射角的余弦的实部和虚部；

介质的等效折射率如公式(6)所示：

其中，n和k分别为介质的折射率和消光系数；

光线真实传播角度与等效折射率的关系满足菲涅耳折射定律，如公式(7)所示：

等效消光系数K与等效折射率的关系，如公式(8)所示：

根据公式(5)～(8)，计算介质的等效折射率和等效消光系数K；根据公式(9)计算入射到介质表面的折射光波在介质内部的内透过率u：

其中，d为介质的几何厚度，λ为波长；

根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算X介质和Y介质的内透过率u_x和u_y，构建各介质的内透过率光谱；

(3)计算等效界面的反射率和透射率光谱：

①Y介质的前向热辐射需要通过X介质，将X介质等效为界面x，如图2所示。如图3所示，当光波从Y介质入射到X介质中时，光波在第1界面和第2界面之间多次反射传输，在空气中出射和在Y介质中出射，从空气出射的光束能量线性叠加，就是X介质等效界面后的透射率T_x；同理，从Y介质出射的光束能量线性叠加，就是X介质等效界面后的反射率R_x。

根据公式(10)，计算从空气出射的透射率T_x，构建从空气出射的透射率光谱：

根据公式(11)，计算从Y介质出射的反射率R_x，构建从Y介质出射的反射率光谱：

②X介质的后向热辐射需要通过Y介质，将Y介质等效为界面y，如图4所示。如图5所示，当光波从X介质入射到Y介质中时，光波在第2界面和第3界面之间多次反射传输，在X介质中出射和在空气中出射，从空气出射的光束能量线性叠加，就是Y介质等效界面后的透射率T_y；同理，从X介质出射的光束能量线性叠加，就是Y介质等效界面后的反射率R_y。

根据公式(12)，计算从空气出射的透射率T_y，构建从空气出射的透射率光谱：

根据公式(13)，计算从X介质方向出射的反射率R_y，构建从X介质方向出射的反射率光谱：

(4)计算介质的双向定向光谱热辐射率光谱：

根据McMahon半透明平行平板材料的热辐射理论，在此考虑热辐射率的温度、波长和材料厚度的关系，

根据公式(14)，计算Y介质的前表面光谱热辐射率ε_Y-front，构建Y介质的前表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(15)，计算Y介质的后表面光谱热辐射率ε_Y-rear，构建Y介质的前表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(16)，计算X介质的前表面光谱热辐射率ε_X-front，构建X介质的前表面光谱热辐射率光谱：

根据公式(17)，计算X介质的后表面光谱热辐射率ε_X-rear，构建X介质的后表面光谱热辐射率光谱：

对于二元叠层材料的总辐射率，前表面的光谱热辐射率相加、后表面的光谱热辐射率相加，即可得到双向光谱热辐射率，并构建双向光谱热辐射率光谱：

根据公式(18)，计算二元叠层材料的前表面光谱热辐射率ε_front，构建二元叠层材料的前表面光谱热辐射率光谱：

ε_front＝ε_Y-front+ε_X-front (18)

根据公式(19)，计算二元叠层材料的后表面光谱热辐射率ε_rear，构建二元叠层材料的后表面光谱热辐射率光谱：

ε_rear＝ε_Y-rear+ε_X-rear (19)。

实施例

二元叠层光学材料选择ZnS/ZnSe叠层光学材料。ZnS的厚度d_X为1mm，ZnSe的厚度d_Y为5mm，计算波长范围为3μm-14μm，计算步长为0.005μm。入射角为0°。根据图(6)和图(7)分别确定ZnS和ZnSe的折射率和消光系数。

1、根据公式(1)～(4)，计算并构建ZnS/ZnSe叠层光学材料中3个界面的反射率光谱。计算结果如图8所示。根据第1界面的透射率T₁＝1-R₁；第2界面的透射率T₂＝1-R₂；第3界面的透射率T₃＝1-R₃，计算并构建三个界面的透射率光谱。

2、根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算并构建ZnS和ZnSe的内透过率光谱。计算结果如图9所示。

3、根据公式(10)和(11)，分别计算并构建ZnS等效界面的从ZnSe方向出射的反射率光谱和从空气出射的透射率光谱。计算结果如图10所示。根据公式(12)和(13)，分别计算并构建ZnSe等效界面的从ZnS方向出射的反射率光谱和从空气出射的透射率光谱。计算结果如图11所示。

4、根据公式(14)至(19)，分别计算并构建ZnS/ZnSe叠层材料的前后向光谱热辐射率光谱。计算结果分别如图12和图13所示。

5、考虑到辐射角度从0°-90°，步长为0.1°，每个角度下重复上述步骤，计算出的定向光谱前向辐射率和后向辐射率，分别如图14和图15所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种二元叠层光学材料定向光谱热辐射率的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：

(1)计算二元叠层光学材料中各界面的反射率和透射率光谱：

假设二元叠层光学材料中，前表面为X介质，后表面为Y介质，所述X介质、Y介质和空气的复折射率分别为N_A、N_B、N₀，入射角为θ₀，则所述X介质和Y介质内的复折射角和如公式(1)所示：

$N_{A}sin{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A=N_{B}sin{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B=N_0{\mathrm{sin\θ}}_0---\left(1\right)$

二元叠层光学材料中两种介质叠加共形成三个界面，第1界面的反射率和透射率分别为R₁和T₁；第2界面的反射率和透射率分别为R₂和T₂；第3界面的反射率和透射率分别为R₃和T₃；

根据公式(2)、(3)和(4)，分别计算第1界面、第2界面和第3界面的反射率，构建各界面的反射率光谱：

$R_{1,s}=\left(\frac{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0-N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0+N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right){\left(\frac{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0-N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0+N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right)}^{*}$

$R_{1,p}=\left(\frac{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A-N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A+N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}\right){\left(\frac{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A-N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}{N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A+N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}\right)}^{*}---\left(2\right)$

$R_1=\frac{R_{1,s}+R_{1,p}}{2}$

$R_{2,s}=\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B}\right){\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B}\right)}^{*}$

$R_{2,p}=\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right){\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right)}^{*}---\left(3\right)$

$R_2=\frac{R_{2,s}+R_{2,p}}{2}$

$R_{3,s}=\left(\frac{N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}{N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}\right){\left(\frac{N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}{N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{0}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_0}\right)}^{*}$

$R_{3,p}=\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right){\left(\frac{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B-N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}{N_{A}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_B+N_{B}cos{\widetilde{\mathrm{\θ}}}_A}\right)}^{*}---\left(4\right)$

$R_3=\frac{R_{3,s}+R_{3,p}}{2}$

其中，R_1,s和R_1,p分别为第1界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_2,s和R_2,p分别为第2界面的S偏振反射率和P偏振反射率，R_3,s和R_3p分别为第3界面的S偏振反射率和P偏振反射率；

根据第1界面的透射率T₁＝1-R₁，第2界面的透射率T₂＝1-R₂，第3界面的透射率T₃＝1-R₃，分别计算所述第1界面、第2界面和第3界面的透射率，构建各界面的透射率光谱；

(2)计算二元叠层光学材料中各介质的内透过率光谱：

介质中复折射角的正弦和余弦，如公式(5)所示：

$\begin{array}{cc}sin\widetilde{\mathrm{\θ}}=s^{\′}+{\mathrm{js}}^{\′\′}& cos\widetilde{\mathrm{\θ}}=c^{\′}+{\mathrm{jc}}^{\′\′}\end{array}---\left(5\right)$

其中，s′和s″分别为复折射角的正弦的实部和虚部，c′和c″分别为复折射角的余弦的实部和虚部；

介质的等效折射率如公式(6)所示：

$\tilde{N}=\sqrt{{({\mathrm{ns}}^{\′}+{\mathrm{ks}}^{\′\′})}^2+{({\mathrm{nc}}^{\′}+{\mathrm{kc}}^{\′\′})}^2}---\left(6\right)$

其中，n和k分别为介质的折射率和消光系数；

光线真实传播角度与等效折射率的关系，如公式(7)所示：

等效消光系数K与等效折射率的关系，如公式(8)所示：

根据公式(5)～(8)，计算介质的等效折射率和等效消光系数K；根据公式(9)计算入射到介质表面的折射光波在介质内部的内透过率u：

$u=\exp (-\frac{4\mathrm{\π}Kd}{\mathrm{\λ}})---\left(9\right)$

其中，d为介质的几何厚度，λ为波长；

根据公式(1)和(5)～(9)，分别计算所述X介质和Y介质的内透过率u_x和u_y，构建各介质的内透过率光谱；

(3)计算等效界面的反射率和透射率光谱：

①将X介质等效为界面x，根据公式(10)，计算从空气出射的透射率T_x，构建从空气出射的透射率光谱：

$\begin{array}{c}{T}_x=T_2{u}_x{T}_1+T_2{u}_x{R}_1{u}_x{R}_2{u}_x{T}_1+T_2{u}_x{R}_1{u}_x{R}_2{u}_x{R}_1{u}_x{R}_2{u}_x{T}_1+\mathrm{...}\\ =\frac{T_1{T}_2{u}_x}{1-R_1{R}_2{\left(u_x\right)}^2}\\ =\frac{(1-R_1)(1-R_2)u_x}{1-R_1{R}_2{\left(u_x\right)}^2}\end{array}---\left(10\right)$

根据公式(11)，计算从Y介质出射的反射率R_x，构建从Y介质出射的反射率光谱：

$\begin{array}{c}{R}_x=R_2+T_2{u}_x{R}_1{u}_x{T}_2+T_2{u}_x{R}_1{u}_x{R}_2{u}_x{R}_1{u}_x{T}_2+T_2{u}_x{R}_1{u}_x{\left(R_2{u}_x{R}_1{u}_x\right)}^2{T}_2+\mathrm{...}\\ =R_2+\frac{T_2{T}_2{R}_1{\left(u_x\right)}^2}{1-R_1{R}_2{\left(u_x\right)}^2}\\ =R_2+\frac{{(1-R_2)}^2{R}_1{\left(u_x\right)}^2}{1-R_1{R}_2{\left(u_x\right)}^2}\end{array}---\left(11\right)$

②将Y介质等效为界面y，根据公式(12)，计算从空气出射的透射率T_y，构建从空气出射的透射率光谱：

$\begin{array}{c}{T}_y=T_2{u}_y{T}_3+T_2{u}_y{R}_3{u}_y{R}_2{u}_y{T}_3+T_2{u}_y{R}_3{u}_y{R}_2{u}_y{R}_3{u}_y{R}_2{u}_y{T}_3+\mathrm{...}\\ =\frac{T_2{T}_3{u}_y}{1-R_2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}\\ =\frac{(1-R_2)(1-R_3)u_y}{1-R_2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}\end{array}---\left(12\right)$

根据公式(13)，计算从X介质方向出射的反射率R_y，构建从X介质方向出射的反射率光谱：

$\begin{array}{c}{R}_y=R_2+T_2{u}_y{R}_3{u}_y{T}_2+T_2{u}_y{R}_3{u}_y{R}_2{u}_y{R}_3{u}_y{T}_2+T_2{u}_y{R}_3{u}_y{\left(R_2{u}_y{R}_3{u}_y\right)}^2{T}_2+\mathrm{...}\\ =R_2+\frac{T_2{T}_2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}{1-R_2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}\\ =R_2+\frac{{(1-R_2)}^2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}{1-R_2{R}_3{\left(u_y\right)}^2}\end{array}---\left(13\right)$

(4)计算介质的双向定向光谱热辐射率光谱：

根据公式(14)，计算Y介质的前表面光谱热辐射率ε_Y-front，构建Y介质的前表面光谱热辐射率光谱：

${\mathrm{\ϵ}}_{Y-front}=\frac{T_x(1-u_y)(1+R_3{u}_y)}{1-R_x{R}_3{u}_y^2}---\left(14\right)$

根据公式(15)，计算Y介质的后表面光谱热辐射率ε_Y-rear，构建Y介质的后表面光谱热辐射率光谱：

${\mathrm{\ϵ}}_{Y-rear}=\frac{T_3(1-u_y)(1+R_x{u}_y)}{1-R_x{R}_3{u}_y^2}---\left(15\right)$

根据公式(16)，计算X介质的前表面光谱热辐射率ε_X-front，构建X介质的前表面光谱热辐射率光谱：

${\mathrm{\ϵ}}_{X-front}=\frac{T_1(1-u_x)(1+R_y{u}_x)}{1-R_1{R}_y{u}_x^2}---\left(16\right)$

根据公式(17)，计算X介质的后表面光谱热辐射率ε_X-rear，构建X介质的后表面光谱热辐射率光谱：

${\mathrm{\ϵ}}_{X-rear}=\frac{T_y(1-u_x)(1+R_1{u}_x)}{1-R_1{R}_y{u}_x^2}---\left(17\right)$

根据公式(18)，计算二元叠层材料的前表面光谱热辐射率ε_front，构建二元叠层材料的前表面光谱热辐射率光谱：

ε_front＝ε_Y-front+ε_X-front (18)

根据公式(19)，计算二元叠层材料的后表面光谱热辐射率ε_rear，构建二元叠层材料的后表面光谱热辐射率光谱：

ε_rear＝ε_Y-rear+ε_X-rear (19)。

2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述X介质为ZnS，所述Y介质为ZnSe。