[发明专利]一种用于红外窗口材料的智能红外光开关及制作方法

说明书

本发明属于光学器件领域，为解决现有红外窗口材料激光能量阈值不高导致的材料易损坏问题，公开了一种用于红外窗口材料的智能红外光开关及制作方法，工作波长为红外光，其特征在于：沿着光传播方向依次包括红外滤波器层、半导体‑金属相变材料层、工作波长内透明的基底层；所述的红外滤波器层用于屏蔽工作波长之外波段的光，并使工作波长的红外光通过；半导体‑金属相变材料层的温度低于相变阈值时为半导体态，工作波长的红外光通过，半导体‑金属相变材料层的温度高于相变阈值时为金属态，工作波长的红外光无法通过。使用本技术方案可对特定红外光的入射光波段进行智能调节。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，具体涉及一种用于红外窗口材料的智能红外光开关。

背景技术

红外光电系统是现代高精尖武器的重要组成部分，是实现精确打击和有效攻击的关键，目前已被广泛应用于超音速战机、制导导弹等先进武器中。在红外光电系统中，红外窗口是传递发射信号与接受目标信号的唯一通道，它的光学性质直接影响到光电系统的探测结果。此外红外窗口裸露于外部环境之中，还承担着保护内部光电元器件的使命。因此红外窗口是红外光电系统的重要部件之一。

而目前的红外窗口材料，对于8-14μm的波段工作的红外系统，首选的窗口材料是锗。他的优点是机械强度高，坚硬耐划，导热性好，热吸收系数低，折射率和透射率高。但其中最大的问题来自于红外窗口的热辐射和透过率下降。因为随着能量的不断照射，窗口温度会不断升高，进而造成窗口材料的红外辐射显著增高。此外，窗口温度的升高，也会影响材料的红外吸收，导致窗口材料的红外透过率下降。红外窗口的高温红外辐射会使红外成像系统的红外图像背景亮度增加，造成红外探测器饱和，淹没目标信号。温度过高时甚至会对窗口造成永久性损伤。因此保证窗口材料不受到强激光和高温影响，同时又能保证在正常情况下可通过安全波长的红外光，不被其他波段的光干扰，我们设计了一种对特定的红外波长具有智能光开关的结构。

发明内容

为解决现有技术中存在的为解决现有红外窗口材料激光能量阈值不高导致的材料损坏问题，采用如下技术方案：

一种用于红外窗口材料的智能红外光开关，工作波长为红外光，其特征在于：沿着光传播方向依次包括红外滤波器层、半导体-金属相变材料层、工作波长内透明的基底层；所述的红外滤波器层用于屏蔽工作波长之外波段的光，并使工作波长的红外光通过；

半导体-金属相变材料层的温度低于相变阈值时为半导体态，工作波长的红外光通过；半导体-金属相变材料层的温度高于相变阈值时为金属态，工作波长的红外光无法通过。

上述技术方案为解决红外窗口材料激光能量阈值不高导致的材料损坏问题，使用了半导体-金属相变材料层，在相变前后其可见光波段和红外波段的透过率发生了明显突变，其在温度低于相变温度阈值时为半导体态，半导体-金属相变材料层对红外光高透过，温度高于相变温度阈值时呈金属态，对红外光高吸收，低透过。同时半导体-金属相变材料层具有很快的响应时间，可在短时间内（1ns）完成相变。当强激光入射到窗口上时，相变材料层薄膜吸收光能量，使得半导体-金属相变材料层温度上升到相变温度点，膜结构迅速向金属态（高温态）转变，光谱特性由较高的透射突变为较高的反射，从而迅速降低了进入光学系统的光能量，使得光学系统不至于饱和或烧毁达到防护作用。当温度下降后，会再次变为半导体态，循环使用，从而通过对温度的感知自发地实现透明到非透明状态的开关作用。