[发明专利]一种超材料光学窗及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超材料光学窗及其制备方法，其中，所述超材料光学窗包括多个周期性排列的结构单元，且每个结构单元均由透明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。本发明中的网柵透明谐振结构以及透明金属网柵层均是埋藏嵌入在光学窗本体(透明介质基板)的深表面，这使得其在实际应用中难以被剐蹭掉，具有优异的牢固度、耐磨性、耐久性、耐激光损伤以及耐热冲击性等苛刻环境适用性，并且所述嵌入式的网柵透明谐振结构还能在可见以及中远红外波段实现高透性。本发明提供的超材料光学窗在1‑18GHz雷达微波波段处能够实现宽波段吸收，吸收率可达到90％以上。

技术领域

本发明涉及超材料吸波器技术领域，尤其涉及一种超材料光学窗及其制备方法。

背景技术

微波以及无线电技术造成的电磁污染不仅对精密电子仪器造成干扰，而且对人体健康也造成了不可忽略的负面效应。通过电磁屏蔽技术可用来消除这些负面影响，在很多电磁屏蔽领域中，电磁屏蔽材料不仅需要优异的电磁屏蔽性能，更需要维持良好的可见及红外光的高透性，例如高端医疗设备观察窗、精密通讯设备屏蔽元件、超精细监控设备观察窗口、飞行器以及航空武器光学窗、先进光学仪器窗口等。然而目前大多数电磁屏蔽材料是采用贴皮式金属网柵结构或透明导电薄膜，这种电磁屏蔽材料不但会将电磁波反射到空间中造成二次电磁污染，将空间电磁环境复杂化，而且在实际使用中存在牢固度、耐磨性、耐久性、耐激光损伤以及耐热冲击性等苛刻环境适用性难题。解决这一问题的最佳方案是在透明光学材料上加载一种特殊材料，使其能够吸收掉微波以及无线电波，可透过可见光及红外光，并且具有优异的环境耐用性。

近年来，超材料吸波器的出现为透明电磁吸波材料带来了新的设计思想。超材料吸波器是一种能够对入射电磁波产生响应的新型复合材料，它是由介质基板与附着在介质基板上的周期性人造微结构组成，可通过人工设计其结构单元，来实现对材料的等效介电常数、等效磁导率、折射率等电磁参数的调谐，通过电磁谐振实现与自由空间的阻抗匹配使入射波几乎物反射进入超材料内部被损耗掉，实现完美吸波性能。

目前超材料吸波器采用透明介质基板和氧化锡结合的方式来实现光学透明和微波吸波功能，例如专利(CN106252897A)、(CN102480006A)、(CN103675956B)及(CN108832309A)等。然而，这些透明超材料吸波器采用氧化铟锡作为上层谐振层和下层反射层，由于氧化铟锡在红外波段是不透明的，这就限制了它们在红外光学窗领域的应用。此外，这些透明超材料吸波器的谐振层、介质基板以及底层反射层之间是通过光学透明胶来热压成型的，这种多层结构会由于光学干涉效应以及透明胶的存在，使得其光学透过率会进一步下降，难以在可见及红外波段实现光学高透性；另外，这些透明超材料吸波器的谐振层只是通过普通激光加工等手段贴在介质基板表面，在实际应用中必然会受到风雨沙石等的侵蚀而脱落掉，影响其电磁吸波性能，在实际中并不能得到有效的应用和推广。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超材料光学窗及其制备方法，旨在解决现有超材料吸波器不能够同时具有微波宽带吸收性、可见及红外波段光学高透性以及环境耐用性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种超材料光学窗，其中，包括多个周期性排列的结构单元，每个结构单元均由透明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。

所述的超材料光学窗，其中，所述网柵透明谐振结构与所述透明介质基板以及所述透明金属网柵层一体成型。

所述的超材料光学窗，其中，所述网柵透明谐振结构由相互连接的第一微金属网柵构成的十字环和相互连接的第二微金属网柵构成的十字架组成，所述十字架位于所述十字环中间部位。