CN112904460A - 用于激光防护的低透射率柔性薄膜及其应用的物体 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于激光防护的低透射率柔性薄膜及其应用的物体，所述柔性薄膜包括：保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层、第二折射层对预定波长的激光具有不同的折射率；其中，所述第一折射层采用高折射率材料制成，该高折射率材料为TiO2、Ta2O5、NbO2中的一种或组合；所述第二折射层采用低折射率材料制成，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3中的一种或组合；所述第一折射层及所述第二折射层分别包括多层，第一折射层及第二折射层在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层与柔性衬底之间。本申请能够使激光导引头接收目标激光回波信号的能量大幅下降，实现该目标的防激光制导能力。
Description
技术领域
本发明涉及反激光制导防护材料技术领域，尤其是涉及一种针对激光导引头的寻的探测原理进行反制导防护的柔性微纳结构薄膜。
背景技术
激光寻的制导是用激光器向目标发射激光波束，用接收机敏感目标反射回来的激光束，引导制导飞行器飞向目标。常用的激光制导防御技术包括烟幕保护、黑化保护以及镜面保护等。
然而，已有的激光制导防御技术均存在不同方面的缺陷，尤其是针对动态目标，例如车辆或人难以实施简单有效的激光制导防护。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用于激光防护的低透射率柔性薄膜及其应用的物体，实现该物体目标对激光制导波段的低透射率，进而实现该物体目标的防激光制导能力。
根据本申请的第1方面，公开了一种用于激光防护的低透射率柔性薄膜，包括：保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层、第二折射层对预定波长的激光具有不同的折射率；其中，所述第一折射层采用高折射率材料制成，该高折射率材料为TiO2、Ta2O5、NbO2中的一种或组合；所述第二折射层采用低折射率材料制成，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3中的一种或组合；
其中，所述第一折射层及所述第二折射层分别包括多层，第一折射层及第二折射层在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层与柔性衬底之间，且第一折射层的层数与第二折射层的层数相同。
在另外的一种实施方式中，所述第一折射层的层数与第二折射层的层数不同。
在一些示例中，所述柔性衬底及保护层均为透明有机薄膜。
在一些示例中，所述薄膜对400～700nm波段的可见光平均透射率大于70％，对1.0～1.1um波段的激光透射率小于10％。
在一些示例中，柔性衬底作为生长所述折射层介质材料的基底，采用离子镀或电子束蒸发工艺进行薄膜生长，柔性衬底与介质材料的导纳系数保持匹配。
在一些示例中，所述第一折射层、第二折射层的层数和与所述第一折射层、第二折射层的折射率差成正比，且与激光透射率成反比。
在一些示例中，所述第一折射层、第二折射层的叠层结构总厚度为1～10μm。
根据本申请的第2方面，公开了一种物体，该物体表面包括伪装涂层以及贴覆在该伪装涂层表面的所述低透射率柔性薄膜。
在一些示例中，所述柔性薄膜通过粘接层贴覆在所述伪装涂层表面，该粘接层的光学厚度为对抗激光半波长的整数倍。
在一些示例中，所述物体为车辆、武器装备、可穿戴衣物、头盔以及建筑物中的一种。
与现有技术相比，本申请能够产生如下的有益效果：
本申请的柔性薄膜通过在保护层与柔性衬底之间交替配置高折射率层和低折射率层，能够同时实现对可见光的高透光性以及对激光制导波段的低透射率，从而将该柔性薄膜贴覆在物体表面时，能够改变激光照射目标表面的漫反射特性，使激光导引头接收目标激光回波信号的能量大幅下降，进而使导引头有效锁定距离大幅下降或锁定失效，既不影响原物体表面的可见光特性，又可以实现该目标的防激光制导能力。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1是根据本申请实施例的防激光制导柔性薄膜结构示意图；
图2是根据本申请实施例的防激光制导柔性薄膜样品的光谱透射率实测曲线；
图3是根据本申请实施例的防激光制导柔性薄膜贴附在物体表面的结构示意图；
图4是根据本申请实施例的防激光制导柔性微纳结构薄膜针对激光导引头回波信号测试曲线；
图5是根据本申请实施例1的柔性薄膜的光谱透射率仿真曲线；
图6是根据本申请实施例2的柔性薄膜的光谱透射率仿真曲线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
已知地，激光制导武器通常使用波长1.06μm(也有一部分波长为10.6μm)的激光作照射光。一般建筑物表面对照射光的反射率都比较大，通常在50％左右，白色表面甚至可以达到90％左右，因此它们很容易成为被激光制导武器打击的目标。如果用对1.06μm和10.6μm波长的光具有高吸收率、低反射率的材料覆盖表面，激光制导武器则无法接收到足够的反射激光，也就无法对目标进行准确定位，从而可以在很大程度上实现目标对激光制导武器的“隐形”。
根据本申请的一种实施方式，提供了一种防激光制导柔性薄膜，尤其是用于实现对波长为1.0～1.10μm的激光防护。该柔性薄膜包括保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的第一折射层和第二折射层，其中，所述第一折射层与第二折射层对上述波长的激光具有不同的折射率。例如，第一折射层采用高折射率材料制成，第二折射层采用低折射率材料制成，或者第一折射层采用低折射率材料制成，第二折射层采用高折射率材料制成。
根据本申请的实施例，所述高折射率材料例如可以为TiO2、Ta2O5、NbO2中的一种或其组合。所述低折射率材料例如可以为SiO2、Al2O3中的一种或其组合。
在一些实施例中，所述第一折射层及所述第二折射层分别包括多层，且多层第一折射层及第二折射层在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层与柔性衬底之间。
如图1所示，防激光制导柔性薄膜包括保护层10、柔性衬底40以及设置在保护层10与柔性衬底40之间的多个第一折射层20和多个第二折射层30，多个第一折射层20及第二折射层30在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层10与柔性衬底40之间，且所述第一折射层采用高折射率材料制成，所述第二折射层采用低折射率材料制成，或者所述第一折射层采用低折射率材料制成，所述第二折射层采用高折射率材料制成。
图1中，在所述保护层10与柔性衬底40之间，设置两层第一折射层20以及两层第二折射层30，第一折射层20与第二折射层30在薄膜厚度方向交替设置。
本申请通过将高折射率材料和低折射率材料层形成周期叠层结构，根据基尔霍夫定律和光学干涉原理，使用传输矩阵法，通过对两种折射率不同的材料的厚度及导纳系数进行配置，可以获得具有不同可见光透射率和激光制导波段透射率的叠层结构。
具体而言，每层材料的厚度根据光谱特性进行调控，可控制在5～200nm之间，与选用的材料种类和光学干涉相消有关。具体地，两种材料折射率相差越大，膜层数越多，激光防护波段的透射率就越低，各层的光学厚度可以一致也可以不一致，可以利用传输矩阵法进行相应的计算，需满足多层膜的光学干涉原理，并在可见光波段获得更宽、更好的增透效果。导纳系数的匹配是为了降低薄膜对可见光的反射率，增强可见光的增透效果。
在本申请的一些实施例中，所述柔性衬底为透明有机薄膜，例如采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PTFE(聚四氟乙烯)等材料制成。透明柔性衬底作为生长介质材料的基底，例如，可以采用离子镀或电子束蒸发工艺进行薄膜生长。透明柔性衬底与介质材料的导纳系数保持匹配，从而保持对可见光波段的高透光性。
在本申请的一些实施例中，所述保护层为透明有机薄膜，例如采用PET、PI、PTFE等材料制成。所述保护层选用光学厚度较薄的薄膜，用于保护高低折射率材料层，防止硬物剐蹭材料层造成脱落而失效的问题，同时具备对可见光波段的高透光性。在一些实施例中，保护层的光学厚度为对抗半波长的整数倍。
图2示出了采用分光光度计测试上述防激光制导柔性薄膜样品得到的光谱曲线。如图2所示，400～700nm的可见光平均透射率在70％左右，1～1.1μm波段的透射率在10％左右。
将上述薄膜设置在物体表面，能够实现对物体进行防激光制导防护，达到保护目标的目的。上述物体可以是车辆，装备，可穿戴衣物、头盔，以及建筑物等。
图3示出了根据本申请实施例的防激光制导柔性薄膜贴附在车辆表面的示意性结构。如图所示，车辆车体400表面设有伪装涂层300，上述柔性薄膜100贴覆在所述伪装涂层300表面。所述伪装涂层300例如可以是迷彩涂层。
在一些实施例中，所述柔性薄膜100通过粘接层200贴覆在所述伪装涂层300表面。粘接层的材料为有机或无机透明粘性材料，其光学厚度为对抗半波长的整数倍，在可见光波段具备高透特性。
通过将上述柔性薄膜贴覆在车辆等物体表面，由于该薄膜具备可见光波段高透射率的特点，因此不会破坏原有的伪装涂层，例如迷彩涂层对可见光的伪装效果，并且同时又能起到对1.06μm波段激光的防制导作用，即可实现可见光伪装和防激光制导的双重功效。
图4示出了根据本申请实施例的防激光制导柔性微纳结构薄膜针对激光导引头回波信号的测试曲线。测试时，采用激光照射器和激光导引头在3km外照射图3所示车辆，当该车辆未贴覆上述柔性薄膜时，即激光照射器直接照射车辆表面的迷彩涂层，导引头接收到的回波信号为0.8。当将激光照射器逐渐移动至贴覆有上述柔性薄膜的迷彩涂层时，导引头接收到的回波信号强度逐渐下降，直至降低为0。即在3km外，贴覆有防激光制导柔性薄膜的迷彩涂层使激光导引头失去锁定目标，进而失去精确打击该车辆的能力。
实施例1：
该实施例中，柔性薄膜包括保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的高折射率层和低折射率层，其中，高折射率层采用TiO2，材料层的折射率为2.348，低折射率层采用SiO2，材料层的折射率为1.462，透明保护层及柔性衬底选用PET材料。高低折射率材料形成12个周期的交叠层结构，即形成PET-TiO2-SiO2-…-TiO2-SiO2-PET结构，高低折射率层总厚度，即12个周期叠层的总厚度为2.43μm。
对该柔性薄膜进行仿真得到的光谱透射率如图5所示。图中可见，在450～800nm波段的平均透射率优于70％，在1.0～1.2μm波段的透射率低于10％，因此实现了可见光高透光性，激光制导波段低透射率的效果，将该柔性薄膜贴覆在物体表面，例如车辆的迷彩涂层表面即可实现该目标的防激光制导能力。
实施例2：
该实施例中，柔性薄膜包括保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的高折射率层和低折射率层，其中，高折射率层选用Ta2O5，材料层的折射率为2.145，低折射率层选用Al2O3，材料层的折射率为1.666，透明保护层及柔性沉底选用PET材料。高低折射率材料形成6.5个周期的交叠层结构，即形成PET-Ta2O5-Al2O3-…-Ta2O5-Al2O3-Ta2O5-PET结构，高低折射率层总厚度为1.90μm。
对该柔性薄膜进行仿真得到的光谱透射率如图6所示。图中可见，在400～850nm波段的透射率优于80％，在1.05～1.14μm波段的透射率在10％以内，因此实现了可见光高透光性，激光制导波段低透射率的效果，将该柔性薄膜贴覆在物体表面，例如车辆的迷彩涂层表面即可实现该目标的防激光制导能力。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种用于激光防护的低透射率柔性薄膜，其特征在于，包括：保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层、第二折射层对预定波长的激光具有不同的折射率；其中，所述第一折射层采用高折射率材料制成，该高折射率材料为TiO2、Ta2O5、NbO2中的一种或组合；所述第二折射层采用低折射率材料制成，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3中的一种或组合；
其中，所述第一折射层及所述第二折射层分别包括多层，第一折射层及第二折射层在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层与柔性衬底之间，且第一折射层的层数与第二折射层的层数相同。
2.一种用于激光防护的低透射率柔性薄膜，其特征在于，包括：保护层、柔性衬底以及设置在保护层与柔性衬底之间的第一折射层和第二折射层，所述第一折射层、第二折射层对预定波长的激光具有不同的折射率；其中，所述第一折射层采用高折射率材料制成，该高折射率材料为TiO2、Ta2O5、NbO2中的一种或组合；所述第二折射层采用低折射率材料制成，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3中的一种或组合；
其中，所述第一折射层及所述第二折射层分别包括多层，第一折射层及第二折射层在薄膜厚度方向交替设置在所述保护层与柔性衬底之间，且第一折射层的层数与第二折射层的层数不同。
3.根据权利要求1或2所述的低透射率柔性薄膜，其特征在于，所述柔性衬底及保护层均为透明有机薄膜。
4.根据权利要求1或2所述的低透射率柔性薄膜，其特征在于，所述薄膜对400～700nm波段的可见光平均透射率大于70％，对1～1.1um波段的激光透射率小于10％。
5.根据权利要求1或2所述的低透射率柔性薄膜，其特征在于，柔性衬底作为生长所述折射层介质材料的基底，采用离子镀或电子束蒸发工艺进行薄膜生长，柔性衬底与介质材料的导纳系数保持匹配。
6.根据权利要求1或2所述的低透射率柔性薄膜，其特征在于，所述第一折射层、第二折射层的层数和与所述第一折射层、第二折射层的折射率差成正比，且与激光透射率成反比。
7.根据权利要求1或2所述的低透射率柔性薄膜，其特征在于，所述第一折射层、第二折射层的叠层结构总厚度为1～10μm。
8.一种物体，其特征在于，该物体表面包括伪装涂层以及贴覆在该伪装涂层表面的根据权利要求1-7任一项所述的低透射率柔性薄膜。
9.根据权利要求8所述的物体，其特征在于，所述柔性薄膜通过粘接层贴覆在所述伪装涂层表面，该粘接层的光学厚度为对抗激光半波长的整数倍。
10.根据权利要求8所述的物体，其特征在于，所述物体为车辆、武器装备、可穿戴衣物、头盔以及建筑物中的一种。
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