CN108287377A - 一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，属于表面工程技术领域。本发明所述光子晶体薄膜是采用两种不同中心波长的光子晶体膜堆串联的结构设计，实现在同一个复合薄膜结构中既对红外热源的反射率大于95％又对激光探测光束的反射率小于5％，从而满足武器装备对红外防护和防激光探测的兼容性需求，而且所述光子晶体复合薄膜的使用寿命长，可靠性高，适应广泛，大大提高了武器装备的战场生存能力。

Description

一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜
技术领域
本发明涉及一种可以实现红外防护和防激光探测相互兼容的光子晶体复合薄膜，属于表面工程技术领域。
背景技术
武器装备在使用过程中不可避免的会产生红外辐射，所产生的红外辐射信号一旦被敌方的红外制导武器捕获，将会对我方的装备造成致命的威胁。另外，敌方可通过激光探测器对我方的装备进行侦查，一旦被敌方激光制导武器识别，也会对我方武器装备构成不利影响。所以必须对武器装备进行红外防护和防激光探测保护。由于红外防护要求对电磁波(主要为3μm～5μm和8μm～14μm)具有高反射，而防激光探测要求对电磁波(主要是10.6μm)具有低反射，即红外防护与防激光探测的作用机理是相互矛盾的，因此传统的红外防护涂层或防激光探测涂层只能实现单一的功能，无法实现二者功能的兼容。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，通过采用两种不同中心波长的光子晶体膜堆串联的结构设计，可在同一个复合薄膜结构中同时实现对红外热源的高反射(反射率大于95％)和对激光探测光束的低反射(反射率小于5％)，从而满足武器装备对红外防护和防激光探测的兼容性需求，大大提高了武器装备的战场生存能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，所述光子晶体复合薄膜由两种中心波长不同的光子晶体膜堆Ⅰ和光子晶体膜堆Ⅱ组成；其中，光子晶体膜堆Ⅰ对红外热辐射的反射率大于95％，光子晶体膜堆Ⅱ对激光探测光束的反射率低于5％。
所述光子晶体膜堆Ⅰ的中心波长为3800nm，是由高折射率的Ge层和低折射率的ZnX层交替排列形成的，总层数为8层；其中，4层Ge层的厚度相等，4层ZnX层的厚度相等，X为S或者Se；光子晶体膜堆Ⅰ可对3μm～5μm的红外热辐射实现95％以上的反射率。
所述光子晶体膜堆Ⅱ的中心波长为99500nm，是由高折射率的Ge层和低折射率的ZnX层交替排列形成的，总层数为16层，其中，存在一层Ge缺陷层和一层ZnX缺陷层，且两层缺陷层分布在第3层和第10层，缺陷层是由规则周期排列的Ge层、ZnX层的厚度发生畸变而产生的；7层Ge非缺陷层的厚度相等，7层ZnX非缺陷层的厚度相等，Ge缺陷层的厚度为Ge非缺陷层的厚度的1.2～1.8倍，ZnX缺陷层的厚度为ZnX非缺陷层的厚度的1.5～2.5倍，X为S或者Se；光子晶体膜堆Ⅱ可对10.6μm的激光探测光束实现低于5％的反射率，同时可对8μm～14μm的红外热辐射实现95％以上的反射率。
在所述光子晶体复合薄膜中，光子晶体膜堆Ⅰ的第8层Ge层与光子晶体膜堆Ⅱ的第1层ZnX层相接触；或者光子晶体膜堆Ⅰ的第8层层ZnX层与光子晶体膜堆Ⅱ的第1层Ge层相接触；其中，按沉积顺序对Ge层和ZnX层进行编号。
本发明所述光子晶体复合薄膜采用常规的物理气相沉积法即可制备得到，即在基底上交替沉积不同厚度的Ge层和ZnX层。
有益效果：
本发明采用两种不同中心波长的光子晶体膜堆串联的结构设计，可在同一个复合薄膜结构同时实现对红外热源的高反射(反射率大于95％)和对激光探测光束的低反射(反射率小于5％)，从而满足武器装备对红外防护和防激光探测的兼容性需求，而且所述光子晶体复合薄膜的使用寿命长，可靠性高，适应广泛，大大提高了武器装备的战场生存能力。
附图说明
图1为实施例中所述光子晶体复合薄膜的作用原理示意图。
图2为实施例中所述光子晶体复合薄膜的结构示意图。
图3为实施例中所述光子晶体复合薄膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，所述光子晶体复合薄膜由光子晶体膜堆Ⅰ和光子晶体膜堆Ⅱ组成；
所述光子晶体膜堆Ⅰ的中心波长为3800nm，是由高折射率的Ge层和低折射率的ZnS层交替排列形成的，总层数为8层；其中，4层Ge层的厚度相等，4层ZnX层的厚度相等；根据所使用的具体材料Ge以及ZnS的折射率，并结合晶体膜堆Ⅰ的中心波长，确定Ge层和ZnS层的具体厚度；
所述光子晶体膜堆Ⅱ的中心波长为99500nm，是由高折射率的Ge层和低折射率的ZnSe层交替排列形成的，总层数为16层，其中，第3层为Ge缺陷层，第10层为ZnSe缺陷层；7层Ge非缺陷层的厚度相等，7层ZnSe非缺陷层的厚度相等，Ge缺陷层的厚度为Ge非缺陷层的厚度的1.2～1.8倍，ZnSe缺陷层的厚度为ZnX非缺陷层的厚度的1.5～2.5倍；根据所使用的具体材料Ge以及ZnSe的折射率，并结合晶体膜堆Ⅱ的中心波长，确定Ge非缺陷层、Ge缺陷层、ZnSe非缺陷层以及ZnSe缺陷层的具体厚度；
采用常规的物理气相沉积方法制备本实施例所述的光子晶体复合薄膜，在基底上首先沉积晶体膜堆Ⅰ中的Ge层，再依次沉积ZnS层、Ge层、ZnS层、Ge层、ZnS层、Ge层、ZnS层，则在基底上形成光子晶体膜堆Ⅰ；再在光子晶体膜堆Ⅰ最外层的ZnS层继续沉积光子晶体膜堆Ⅱ的Ge非缺陷层，之后依次沉积ZnSe非缺陷层、Ge缺陷层、ZnSe非缺陷层、Ge非缺陷层、ZnSe非缺陷层、Ge非缺陷层、ZnSe非缺陷层、Ge非缺陷层、ZnSe缺陷层、Ge非缺陷层，则在光子晶体膜堆Ⅰ上形成光子晶体膜堆Ⅱ，基底上的光子晶体膜堆Ⅰ和光子晶体膜堆Ⅱ即为所述光子晶体复合薄膜，如图2所示。
图3为本实施例所设计的光子晶体复合薄膜的反射率光谱普，由此可知，本实施例所设计的光子晶体复合薄膜能够同时实现对3μm～5μm和8μm～14μm波长的高反射(反射率大于95％)，以及对10.6μm波长的低反射(反射率小于5％)。应用时，将所设计的光子晶体薄膜贴在武器装备的表面，即可实现对红外热源的高反射和对激光探测光束的低反射，作用原理如图1所示。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，其特征在于：所述光子晶体复合薄膜由两种中心波长不同的光子晶体膜堆Ⅰ和光子晶体膜堆Ⅱ组成，使用时光子晶体膜堆Ⅰ与基底接触；其中，光子晶体膜堆Ⅰ对红外热辐射的反射率大于95％，光子晶体膜堆Ⅱ对激光探测光束的反射率低于5％。
2.根据权利要求1所述的一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，其特征在于：所述光子晶体复合薄膜由中心波长为3800nm的光子晶体膜堆Ⅰ和中心波长为99500nm的光子晶体膜堆Ⅱ组成。
3.根据权利要求2所述的一种红外防护和防激光探测兼容的光子晶体复合薄膜，其特征在于：所述光子晶体膜堆Ⅰ是由4层厚度相等的Ge层和4层厚度相等的ZnX层交替排列形成的；
所述光子晶体膜堆Ⅱ是由Ge层和ZnX层交替排列形成的，总层数为16层，其中，存在一层Ge缺陷层和一层ZnX缺陷层，且两层缺陷层分布在第3层和第10层；7层Ge非缺陷层的厚度相等，7层ZnX非缺陷层的厚度相等，Ge缺陷层的厚度为Ge非缺陷层的厚度的1.2～1.8倍，ZnX缺陷层的厚度为ZnX非缺陷层的厚度的1.5～2.5倍；
在所述光子晶体复合薄膜中，光子晶体膜堆Ⅰ的第8层Ge层与光子晶体膜堆Ⅱ的第1层ZnX层相接触，或者光子晶体膜堆Ⅰ的第8层ZnX层与光子晶体膜堆Ⅱ的第1层Ge层相接触；按沉积顺序分别对晶体膜堆Ⅰ、光子晶体膜堆Ⅱ中的Ge层和ZnX层依次编号，所述X为S或者Se。
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