CN103293582A - 双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构 - Google Patents

双激光波段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

本发明公开了一种双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构，该六层膜系结构由两部分组成，第一部分是由硫化锌（ZnS）和银（Ag）两种材料层层交替构成的ZnS-Ag五层膜系结构，第二部分是覆盖在ZnS-Ag五层膜系结构之上的一氧化硅（SiO）薄膜。本发明可用于实现激光1.06μm、10.6μm及中远红外波段（3~5μm和8~14μm）的兼容隐身。

Description

双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构
技术领域
本发明涉及多波段兼容隐身技术，具体是一种利用多层膜结构实现激光1.06μm、10.6μm及中远红外的多波段兼容隐身技术。
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。
多波段兼容隐身是隐身技术领域的热点及难点问题。实现多波段兼容隐身存在很多技术难题，有时甚至要面临一些相互矛盾的问题。红外与激光隐身的矛盾是所有矛盾因素中最为显著的，其难点在于在同一波段里主被动的复合。
目前，解决远红外8 ~14μm与激光10.6μm的兼容问题的主要方法为光谱挖孔和利用动态热辐射理论解决。利用光谱挖孔能够实现非常好的红外与激光兼容控制，但是这种方法仍存在一定的问题。对比文献（时家明，一维掺杂光子晶体用于远红外与激光兼容隐身分析，红外技术，2010）利用掺杂光子晶体薄膜通过叠加光子带隙，得到了非常好的光谱兼容特性，实现了8~14μm远红外隐身和1.06μm或10.6μm激光隐身的兼容，证明了这种一维掺杂光子晶体实现的光谱挖孔效果用于解决红外与激光这一兼容难题的可行性。用一维掺杂光子晶体实现光谱挖孔在理论上具有可行性，但是在工艺实施上存在非常大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构，它能良好地实现激光1.06μm、10.6μm及中远红外波段（3~5μm和8~14μm）的兼容隐身。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构，双激光波段指激光1.06μm、10.6μm波段，在ZnS-Ag五层膜系表面覆盖一层一氧化硅SiO薄膜，ZnS-Ag五层膜系由硫化锌ZnS和银Ag两种材料层层交替构成，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。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明利用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）本发明利用一氧化硅（SiO）的挖孔型反射光谱特性实现了8~14μm远红外和10.6μm激光的兼容隐身（3）本发明膜系结构相对于其他结构制备起来比较容易。  
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是根据本发明设计出的膜系结构的光谱特性，(a)整体光谱特性，                       (b)900nm-1200nm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，膜系结构为在ZnS-Ag五层膜系表面覆盖一层一氧化硅（SiO）薄膜所构成的六层膜系结构，ZnS-Ag五层膜系由硫化锌（ZnS）和银（Ag）两种材料层层交替构成。
在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，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                                               须满足以下关系：
在波长
Figure 2013102659288100002DEST_PATH_IMAGE004
=1.06μm处，
Figure 2013102659288100002DEST_PATH_IMAGE006
其中，，，
Figure 2013102659288100002DEST_PATH_IMAGE012
为介质腔内的折射角，
Figure 2013102659288100002DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 750576DEST_PATH_IMAGE002
分别为介质腔的折射率和厚度，
Figure 2013102659288100002DEST_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。
SiO薄膜在10.6μm激光波长处具有很强的吸收性，在ZnS-Ag五层膜系结构中加入SiO薄膜可以在原有波段隐身的基础上实现激光10.6μm的兼容隐身。SiO薄膜的厚度控制在600~1200nm之间，厚度太薄会导致10.6μm处反射率过高，厚度太厚会导致中远红外波段反射率下降。
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。SiO薄膜在10.6μm激光波长处具有很强的吸收性，将SiO膜与ZnS-Ag五层膜系结构相结合，实现了激光1.06μm、10.6μm以及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和10.6μm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、185nm、16nm、30nm、800nm。膜系结构的光谱特性如图3所示，在1.06μm和10.6μm激光波长处的反射率分别为4%和6%，在3～5μm和8～14μm红外波段的平均反射率大于80%，具备很好的激光1.06μm、10.6μm及中远红外兼容隐身特性。

Claims (5)

1.一种双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：在ZnS-Ag五层膜系表面覆盖一层一氧化硅SiO薄膜；所述ZnS-Ag五层膜系由硫化锌ZnS和银Ag两种材料层层交替构成，ZnS-Ag五层膜系的最底层是ZnS膜。
2.根据权利要求1所述的双激光波段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所述的双激光波段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所述的双激光波段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 2013102659288100001DEST_PATH_IMAGE001
须满足以下关系：
在波长
Figure 585653DEST_PATH_IMAGE002
=1.06μm处，
Figure 2013102659288100001DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 980862DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 2013102659288100001DEST_PATH_IMAGE005
，
为介质腔内的折射角，
Figure 2013102659288100001DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 493063DEST_PATH_IMAGE001
分别为介质腔的折射率和厚度，
Figure 760096DEST_PATH_IMAGE008
为各膜层的反射系数，j表示b、s下标。
5.根据权利要求1所述的双激光波段及中远红外兼容隐身膜系结构，其特征在于：所述SiO薄膜的厚度在600~1200nm之间。
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