CN106793732A - 几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构 - Google Patents

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刘永猛
周子涵
谭久彬
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Abstract

几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构属于多模探测仪器抗电磁干扰领域，由基底、金属薄膜、小谐振圆、大谐振圆环为周期单元而构成，其中小谐振圆与大谐振圆环拥有不同的周期且互不重叠，大谐振圆环内外径之差小于小谐振圆环直径；本发明实现同时具有双红外带通滤波和宽频段的电磁屏蔽功能。

Description

几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构
技术领域
本发明属于多模探测仪器的抗电磁干扰技术领域，涉及几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构。
背景技术
目前，光学探测器在工作时如何既有效屏蔽外界电磁干扰，又不影响其正常工作是一个重要难题。对于这个难题，传统的方法是用光学窗电磁屏蔽技术实现红外波段的带通，这种方法的弊端是，光电探测器件只能发出特定波段的电磁波进行探测，无法探测到某些波段屏蔽的物件。几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构在一定程度上克服了此弊端，使得光电探测器可以发出不同波段的电磁波进行探测，可以探测到某些特定波段屏蔽物件。
专利03135313.5“一种电磁屏蔽观察窗”用单重或多重金属丝网以及类半导体量子阱结构组合成电磁屏蔽结构，可以在10GHz以内达到超过50dB的屏蔽效率，该结构在可见光波段的最高透光率可达到50%以上。
专利201010239355.8“一种具有经纬形网栅结构的电磁屏蔽共行光学窗”描述了一种通过共形光学窗技术和金属网栅技术实现的具有经纬形金属网栅结构的共形电磁屏蔽窗，主要解决共形光学窗金属网栅结构设计的问题，提高了共形光学窗的电磁屏蔽性能。
专利94231862.5“无莫尔条纹电磁屏蔽观察窗”采用由两层数目不同的金属网平行放置，且它们经线或纬线存在一定的夹角，从而达到克服莫尔条纹现象，实现更清晰的视野。
专利93242068“电磁屏蔽玻璃”在两层玻璃之间夹导电金属网，在玻璃外侧使用导电透明膜使之粘合在金属窗框上以构成一种电磁屏蔽结构，并且该结构有一定的采光性。
专利200610084149.8“电磁屏蔽膜及其制造方法”描述了一种由光刻工艺形成的具有金属网状图案的高透明电磁屏蔽薄膜，该发明的主要目的在于减少金属的耗用量以及克服在金属层和薄膜基材之间使用固化胶造成的环境污染的问题。
美国专利US4871220“Short wavelength pass filter having a metal mesh ona semiconducting substrate”描述了一种具有正方形结构的金属网栅，可以实现光学窗的抗电磁干扰性能。
以上专利中提及的结构均属于非谐振网栅，在光学波段无法形成带通滤波特性，也无法屏蔽非工作波长信号形成的杂散光，而本发明设计的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构属于一种谐振型金属网栅，可以对特定的工作波长信号进行带通滤波，而非工作波长信号形成的杂散光均被有效屏蔽，同时大面积的金属薄膜可以对微波干扰和有害的射频信号进行强电磁屏蔽，保护光学探测器正常工作。
发明内容
本发明的目的在于克服红外波段单带通光学窗电磁屏蔽结构在探测领域无法识别对特定波长有高吸收率的隐形单位的技术不足，设计一种在两种不同波长范围具有通带的新型光学窗电磁屏蔽结构。
本发明的思想是基于单通带光学窗电磁屏蔽结构谐振圆孔周期与该结构带通谐振通带的关系进行设计，在该结构中设计不同周期的两种不同的谐振圆孔单元，从而达到对特定入射波长谐振透射，对其余入射波长的入射波屏蔽的效果。
本发明的技术方案是设计一种实现红外波段双带通电磁屏蔽的金属圆孔结构，金属圆孔由大谐振圆环状圆孔和小谐振圆状圆孔两种互不重叠的金属圆孔阵列结构构成。
大谐振圆环的周期应为大谐振圆环外径的1.5倍到3倍。
小谐振圆的周期应为大谐振圆环周期的1/ 倍。
本发明具有如下新颖性和显著效果：
1. 本发明提出了一种几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构。红外波段双带通由两种互不重叠、一大一小且周期不同的金属圆孔结构结合组成，该谐振结构由基底、一个谐振圆环和一个谐振圆组成，其中周期较大的谐振圆环实现高波长段的电磁波带通，周期较小的谐振圆实现低波长段的电磁波带通，实现了在红外波段的双带通且具有强电磁屏蔽效果。
2. 本发明采用谐振式结构对红外波段入射波实现屏蔽效果，不同极化方向的入射光射入此结构都有相同的波长-屏蔽率曲线。这是传统非谐振式结构所不具备的特性，也是几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构的显著优点。
附图说明
图1为本发明所述几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构相邻四个周期单元结构示意图。
图2为本发明所述几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构在波长1μm到14μm的红外波段能量通过曲线。
图中件号：1为基底，2为金属薄膜，3为小谐振圆，4为大谐振圆环。
具体实施方式
下面参照附图和优选实施例对本发明进行进一步的描述。
本发明实施以1--14μm的平面入射光作为入射光源，探究该结构在红外波段的带通特性。
本发明实施例子中，几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构由基底1，金属薄膜2，小谐振圆3，大谐振圆环4而构成，其中大谐振圆环4阵列周期为小谐振圆3阵列周期的倍。小谐振圆3与大谐振圆环4有共同的中心。大谐振圆环与小谐振圆阵列方向夹角为60度。
大谐振圆环4外圆半径2μm，内圆半径1.4μm。小谐振圆半径0.9μm。
金属薄膜2厚度为0.6μm，材料为金属铝。基底材料为锗，厚度为1mm。
图2给出了本发明所述几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构（无基底）带通效果仿真曲线。可见双带通波峰分别出现在入射波长为3.4μm与9.7μm处。且入射光能量在波峰处透过率大约为80%。
综上可见，本发明实施案例中几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构的红外波段双带通特性显著，通带以外的波段拥有比较好的屏蔽特性。

Claims (8)

1.几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于该光学窗电磁屏蔽系统由基底(1)、金属薄膜(2)、小谐振圆(3)、大谐振圆环(4)为单元周期构成，其中大谐振圆环(4)周期为小谐振圆(3)周期的倍。
2.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于大谐振圆环(4)内径和外径之差小于小谐振圆(3)直径。
3.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于大谐振圆环(4)以60度周期阵列。
4.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于小谐振圆(3)以60度周期阵列，且与大谐振圆环(4)阵列方向夹角为30度。
5.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于大谐振圆环(4)外径应为其周期的0.3倍到0.7倍。
6.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于小谐振圆(3)半径应为其周期的0.2倍到0.4倍。
7.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于金属薄膜(2)材料为金属银、金、铝、铜、铁、等金属及其氧化物、或导电性良好材料，如石墨烯、碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的几何中心型红外波段双带通光学窗电磁屏蔽结构，其特征在于基底(1)的材料为硫化锌、石英玻璃、K9玻璃、透明树脂、镉化锌、蓝宝石、氟化镁等可见光和红外材料。
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