CN103293581A - 激光及中远红外兼容隐身膜系结构 - Google Patents

激光及中远红外兼容隐身膜系结构 Download PDF

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韩玉阁
王彬彬
李强
宣益民
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Abstract

本发明公开了一种激光及中远红外兼容隐身膜系结构，由硫化锌（ZnS）和银（Ag）两种材料层层交替构成，共五层。顶层ZnS和底层ZnS之间的Ag/ZnS/Ag膜系结构构成一个非对称F-P腔，利用其吸收增强效应可以实现膜系结构在1.06μm激光波长高吸收低反射的目标，同时其外层的Ag膜可以使膜系结构在红外波段具有较高的反射率。本发明可用于实现激光1.06μm及中远红外的兼容隐身。

Description

激光及中远红外兼容隐身膜系结构
 
技术领域
本发明涉及一种多波段兼容隐身技术，具体是制备出一种能实现激光1.06μm及中远红外兼容隐身的膜系结构。
背景技术
军事目标在战场上的生存能力预示着其作战能力，隐身技术是提高军事目标生存能力的有效手段，因此提高军事目标的隐身技术在现代战场上具有重大的战略意义。目前隐身技术主要包括可见光隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术和雷达隐身技术等。
针对单一波段的隐身技术已经发展到一个比较成熟的阶段，在战场上也扮演着重要的角色。但是随着当前探测手段的日益多样性，战场上的军事目标可能同时面临可见光、红外、激光与雷达等探测手段的威胁，单一波段的隐身已经不能满足作战需求，因此发展多波段隐身兼容技术已经成为当今军事领域的一个重要课题。
掺杂氧化物半导体材料是实现多波段兼容隐身的重要途径，这种材料可以有效实现可见光的高透过、红外高反射以及近红外激光低反射。对比文献（余大斌等，红外、激光、可见光复合隐身涂料研究，电子对抗，1998）研制了掺杂半导体颜料实现了激光1.06μm高吸收和红外8 ~14μm高反射的隐身兼容 ，同时对目标物进行可见光迷彩设计，最终实现了可见光、激光和红外三者的隐身兼容。然而这种掺杂氧化物半导体材料的制备工艺很复杂，而且还没能实现3~5μm中红外的兼容隐身。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多波段兼容隐身膜系结构，它能良好地实现1.06μm激光波长、3~5μm和8~14μm中远红外波段的兼容隐身。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种激光及中远红外兼容隐身膜系结构，该膜系结构是由硫化锌ZnS和银Ag两种材料层层交替构成的ZnS-Ag五层膜系结构，ZnS-Ag五层膜系的最底层是ZnS膜。
所述ZnS-Ag五层膜系结构中，顶层ZnS和底层ZnS之间的Ag/ZnS/Ag膜系结构构成一个非对称F-P腔。
所述ZnS-Ag五层膜系结构中，两层Ag膜为反射镜，两层Ag膜中间的ZnS膜为介质层，从而构成非对称F-P腔。
所述外层Ag膜须厚度小于25nm；内层Ag膜厚度大于80nm；中间介质腔ZnS膜层的厚度                                               
Figure 880154DEST_PATH_IMAGE002
须满足以下关系：
在波长
Figure 611350DEST_PATH_IMAGE004
=1.06μm处，
Figure 667030DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 421360DEST_PATH_IMAGE008
，，
Figure 245539DEST_PATH_IMAGE012
为介质腔内的折射角，和
Figure 979325DEST_PATH_IMAGE002
分别为介质腔的折射率和厚度，
Figure 316766DEST_PATH_IMAGE016
为各膜层的反射系数，j表示b、s下标。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）利用F-P腔的吸收增强效应很好地实现了膜系结构在1.06μm激光波长处高吸收低反射的目的；（2）膜系结构相对于其他结构制备起来比较容易；（3）在柔性基底上制备了膜系结构，进一步证明其具备良好的应用前景。 
附图说明
图1是根据本发明提出的膜系结构的示意图。
图2是本发明中非对称F-P腔结构示意图。
图3是根据本发明制备出的膜系结构的光谱特性。a)整体光谱特性，                b）800nm-1300nm光谱特性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是根据本发明提出的膜系结构的示意图，膜系结构是由硫化锌（ZnS）和银（Ag）两种材料层层交替构成的ZnS-Ag五层膜系结构。
顶层ZnS和底层ZnS之间的Ag/ZnS/Ag膜系结构构成一个非对称F-P腔，如图2所示。非对称F-P腔是由两个反射镜以及中间所夹的介质层所组成的光学谐振腔，光在介质界面上的多次反射和透射导致多光束干涉，从而会产生反射率低谷等特性。本发明中，两层Ag膜为反射镜，两层Ag膜中间的ZnS膜为介质层，从而构成非对称F-P腔，利用非对称F-P腔的吸收增强效应实现了1.06μm激光波长高吸收低反射的目标，同时其外层的Ag膜可以使膜系结构在红外波段具有较高的反射率。在非对称F-P腔中，外层Ag膜须具备一定的透过率，厚度应小于25nm；内层Ag膜须具备很高的反射率，厚度应大于80nm；中间介质腔ZnS膜层的厚度
Figure 960237DEST_PATH_IMAGE002
须满足以下关系：
在波长
Figure 357720DEST_PATH_IMAGE004
=1.06μm处，
其中，
Figure 729238DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 227215DEST_PATH_IMAGE010
，
为介质腔内的折射角，
Figure 11818DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 894323DEST_PATH_IMAGE002
分别为介质腔的折射率和厚度，
Figure 246807DEST_PATH_IMAGE016
为各膜层的反射系数，j表示b、s等下标。
在ZnS-Ag五层膜系结构中，底层的ZnS膜作为基底和Ag膜之间的过渡层，主要起改善Ag膜附着力的作用，厚度为20~60nm。顶层的ZnS膜主要起两个作用，一方面抑制了膜系在激光波长处的反射；另一方面起保护Ag膜的作用，防止其暴露在空气中被氧化，其厚度控制在20~60nm。
本发明利用非对称F-P腔的吸收增强效应和Ag膜在红外波段的高反射特性实现了1.06μm激光波长、3~5μm和8~14μm中远红外波段的兼容隐身。
    为实现膜系结构在1.06μm激光波长处高吸收低反射，3~5μm和8~14μm中远红外波段高反射的目标，通过现有膜系设计软件TFCalc对图1中膜系结构进行优化，得到各膜层厚度由下向上依次为：40nm、100nm、186nm、20nm、30nm。通过磁控溅射法在柔性基底上对上述膜系结构进行制备，制备出的样品的光谱特性如图3所示。样品在1.06μm激光波长处的反射率只有9%，在3～5μm和8～14μm红外波段的平均反射率达到95%，具备很好的激光1.06μm及中远红外兼容隐身特性。

Claims (4)

1.一种激光及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：该膜系结构是由硫化锌ZnS和银Ag两种材料层层交替构成的ZnS-Ag五层膜系结构，ZnS-Ag五层膜系的最底层是ZnS膜。
2.根据权利要求1所述的激光及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：所述ZnS-Ag五层膜系结构中，顶层ZnS和底层ZnS之间的Ag/ZnS/Ag膜系结构构成一个非对称F-P腔。
3.根据权利要求2所述的激光及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：所述ZnS-Ag五层膜系结构中，两层Ag膜为反射镜，两层Ag膜中间的ZnS膜为介质层，从而构成非对称F-P腔。
4.根据权利要求3所述的激光及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：所述外层Ag膜须厚度小于25nm；内层Ag膜厚度大于80nm；中间介质腔ZnS膜层的厚度                                               
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE002
须满足以下关系：
在波长
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE004
=1.06μm处，
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE010
，
为介质腔内的折射角，
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 940103DEST_PATH_IMAGE002
分别为介质腔的折射率和厚度，
Figure 2013102659273100001DEST_PATH_IMAGE016
为各膜层的反射系数，j表示b、s下标。
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