[发明专利]一种光学透明频率选择表面结构及制作方法

说明书

技术领域

一种光学透明频率选择表面结构及制作方法属于光学窗技术领域。

背景技术

光学窗在遥测遥感、医疗诊断、保密通讯、航空航天装备等领域均具有广泛应用。传统的光学窗为单纯的电磁波透过窗口。然而，用电设备的不断增长，不仅会使电磁波的强度大幅增加，而且会使电磁波的波段不断拓宽，造成空间电磁环境日趋恶化，由于传统光学窗对电磁波具有通透性，因此电磁环境的恶化会对电磁敏感的设备产生不利影响。为了降低电磁干扰，需要在光学窗上增加电磁屏蔽功能。现有技术中，通常采用在光学窗表面增加制作金属网栅结构来实现这一功能。

随着多谱段探测技术的迅速发展，多模精确探测仪器对光学窗的电磁屏蔽性能提出了更高的要求：在可见光和红外下呈现透明状态，对特定微波波段也呈现透明状态，而对于其他波段的微波和无线电波实现内外电磁波的隔离，即防止外部的电磁干扰和内部的电磁泄漏。因为金属网栅是一种宽频段低通滤波器，屏蔽干扰电磁波的同时，也衰减了用于探测的毫米波，简单的金属网栅结构很难同时满足毫米波、可见/红外光复合模式探测光学窗电磁屏蔽的高要求。

名称为“雷达/红外双波段频率选择表面(申请号：201310385579.3)”，“一种毫米波带通金属网栅结构(申请号：201010239333.1)”，以及“高性能雷达/红外双波段频率选择表面(申请号：201310385578.9)”等发明专利和学术论文，均公开了一类表面分布有金属网栅频率选择表面(金属网栅FSS)结构的光学窗。这类光学窗在可见光和红外下呈现透明状态，对微波波段与孔径FSS单元尺寸一致时，也呈现透明状态，而对于其他波段的微波和无线电波而言，其相当于进行了金属化处理，实现了内外电磁波的隔离，解决了多模探测仪器光学窗的电磁屏蔽难题。

现有技术中，金属网栅FSS只是在方格、圆形或六边形等规则周期阵列金属网栅上设计FSS单元，但这些金属网栅FSS受限于金属网栅的光学衍射，高级次衍射能量分布不均匀造成杂散光的集中分布，影响光学系统成像，容易造成虚假探测目标，掩盖真实探测目标。

申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”，公开了一种电极制备方法，该方法利用二氧化钛溶液龟裂成的非周期龟裂模板，制作出非周期金属网状图案。如将其用于制作光学透明频率选择表面结构，具有解决高级次衍射能量分布不均匀问题的潜在能力。

然而，将该专利用于制作光学透明频率选择表面结构，会存在以下缺点和不足：

第一、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，由于二氧化钛溶胶在空气中水解后转变成多晶薄膜，而多晶薄膜在干燥的过程中体积严重收缩，造成裂缝严重翘曲，因此会增加裂缝宽度，进而增加金属线宽，影响光学透明频率选择表面结构的透光性能。

第二、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，在去除龟裂模板的时候，由于二氧化钛物理化学性能稳定，因此由其制作的龟裂模板只能采用机械摩擦的方式去除，不仅去除工艺复杂，而且机械摩擦还会磨损衬底和金属电极，分别影响光学透明频率选择表面结构的透光性能和电磁屏蔽性能。

第三、按照该发明的方法制作光学透明频率选择表面结构，虽然突破了周期限制，但是否能够解决高级次衍射能量分布不均匀的问题，或在什么具体条件下才能解决问题，没有进行讨论。

发明内容

针对上述缺点和不足，本发明公开了一种光学透明频率选择表面结构及制作方法，该方法不仅回避使用二氧化钛溶液，避免因金属线宽增加而降低光学透明频率选择表面结构透光性能的问题，而且无需采用机械摩擦的方式去除模板，避免传统机械摩擦方式同时降低光学透明频率选择表面结构的透光性能和电磁屏蔽性能，还给出能够解决高级次衍射能量分布不均匀问题的具体加工条件，使本发明方法制作出的光学透明频率选择表面结构，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且在解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，达到了不发生明显衍射的效果，具有良好的透光性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种光学透明频率选择表面结构，

包括衬底，分布在衬底上的透明网栅膜，所述的透明网栅膜表面具有周期开孔阵列；

所述的透明网栅膜的形状为20～25℃温度和50～80％RH湿度条件下，含有丙烯酸树脂的裂纹甲油自然干燥形成的图形；

所述的周期开孔阵列内部，具有以下两种结构中的一种：

结构一、不含有透明网栅膜；

结构二、含有透明网栅膜，孔内的透明网栅膜和孔外的透明网栅膜不连通。