[发明专利]一种基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备

说明书

本发明公开了基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备，在红外探测器的工作波段(3‑5μm和8‑14μm)实现动态可调的热伪装，在激光雷达工作波段实现激光伪装，在红外探测器的非工作波段5‑8μm实现辐射制冷，保障目标的热稳定性。低成本和半导体制造的兼容性使本发明中的多波段伪装设备适合应用于热纳米光子学和多波段伪装技术，利于器件的小型化、集成化处理。此外，本文提出基于相变材料超表面的多波段伪装设备为军事方面的应用提供了有价值的参考方案。

技术领域

本发明属于新型人工复合材料电磁隐身技术领域，具体涉及基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备。

背景技术

伪装技术使得重要军事目标难以被相机、红外探测器、雷达等发现，从而提高目标自身的生存能力和安全性。传统的伪装设备不具有动态可调性、多波段伪装特性和维持系统热稳定的辐射制冷特性。随着多波段探测技术的发展，目前传统的单波段伪装设备已不能保障目标的隐蔽性和生存性。此外，大多数情况下背景环境和背景温度是多变的，而被探测目标的温度是恒定的，所以传统的伪装设备已不在适用这种多变的场景。最后，传统的伪装设备吸收探测器发射的电磁波，致使目标的温度升高，影响目标的热稳定性。因此，迫切需要发展具有动态可调、多波段、多功能等特征的伪装技术。

利用电磁超材料实现多波段伪装的技术和设备已取得了很大进展。基于全金属结构的超材料可以实现热伪装、激光雷达伪装和辐射制冷，但在中波红外波段(MWIR)和长波红外波段(LWIR)中同时缺乏可调的热伪装和结构简单的特性。由波长选择性发射器和吸收器组成的复合超材料能实现热伪装、8-12GHz的雷达伪装和辐射制冷，但是难以同时表现出可调谐的热伪装和结构简单的特性。一种简单的集成硅涂层的纳米光子结构可以完成可见光伪装、热伪装、激光雷达伪装和辐射制冷，但同时缺乏MWIR和LWIR可调谐的热伪装特性。

现有的基于超材料的伪装设备，不能同时具备动态可调特性和结构简单的特性。并且，现有的基于超材料的伪装设备结构复杂、重量大，限制了它们的使用。因此，采用一种动态可调、多波段和简单易集成的伪装设备来保障重要目标的安全性是具有重要意义的。

发明内容

本发明的主要技术目的是提出基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容10.6μm激光伪装设备。在红外探测器的工作波段 (3-5μm和8-14μm)实现动态可调的热伪装，在10.6μm激光雷达工作波段实现激光伪装，在红外探测器的非工作波段实现辐射制冷，保障目标的热稳定性。

本发明是基于相变材料超表面的多波段可调的热伪装兼容激光伪装的设备，其特征在于：多波段伪装设备的结构包括顶层的金圆盘阵列、中间间隔层相变材料Ge₂Se₂Te₅(GST)和底层金薄膜，通过设计和优化结构的尺寸参数，首先在红外探测器的工作波段3-5μm和 8-14μm出现辐射峰，并且在激光雷达工作波段10.6μm出现吸收率高达0.9以上的吸收峰，然后，当结构的尺寸参数恒定时，通过加热调控相变材料GST的晶化率使得3-5μm的辐射峰逐渐移动到5-8μm，同时在10.6μm处吸收率高达0.9以上的吸收峰保持不变。利用黑体辐射定律和基尔霍夫热辐射定律，计算出不同GST晶化率下的热辐射强度和光谱发射率，评估了多波段伪装设备在不同晶化率下的综合性能。然后，通过计算10.6μm吸收峰的品质因数和吸收率，评估多波段伪装设备的激光伪装性能；通过定义红外信号衰减速率，评估多波段伪装设备的热伪装性能；通过计算红外探测器的非工作波段5-8μm 的辐射强度，评估多波段伪装设备的辐射制冷性能；最后，通过模拟的红外热图像，证明多波段伪装设备的可调的热伪装性能和适应场景多变的性能。