CN116232457B - 可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统，红外发射器包括至少一个发射单元，发射单元为一维周期光栅结构，发射单元包括基底层以及发射层，其中，发射层包括热致相变层，热致相变层用于根据外界温度的变化以对红外发射器的发射率进行调制；本发明提供的可调制发射率的红外发射器通过在具有一维周期光栅结构的发射单元中设置热致相变层，热致相变层可以根据外界温度的变化对红外发射器的发射率进行调制，从而使得上述红外发射器可以实现在不同条件下可以进行选择性发射的功能，进而实现了主动控制热辐射调制的目的，进一步在实现上述红外发射器适用不同红外发射场景的同时，节省了发射成本。
Description
技术领域
本发明涉及红外波段技术领域，尤其涉及一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统。
背景技术
可调制的红外发射器在光谱分析中有着广泛的应用。特别地，可调制的红外发射器具有在特定波长的高发射率，可以应用在许多方面。一方面，在热光伏系统中的发射极应具有电池带隙以上的高发射率，而其他地方应具有低发射率以提高系统效率。或者，用于辐射冷却的表面结构必须在大气窗口具有高发射率，以便通过辐射将热量散出，并且在太阳光谱内具有低发射率，以减少辐射热增益。另一方面，应用在红外伪装方面的器件需要在大气窗口内具有低发射度的表面来隐藏红外轮廓，以躲避热成像传感器的探测。另一方面，可调制的红外发射器的另一个潜在应用是传感，其中探测器的发射率只需要在工作波长处增强，以提高信噪比。然而，迄今为止，大多数的红外发射器都是为实现单一功能而设计的，在设计好以后的发射率固定，不利于实际应用。
因此，亟需一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统，用于改善现有技术的红外发射器的发射率难以改变的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调制发射率的红外发射器，包括至少一个发射单元，发射单元为一维周期光栅结构，发射单元包括基底层以及设置于基底层上的发射层；
其中，发射层包括热致相变层，热致相变层用于根据外界温度的变化以对红外发射器的发射率进行调制。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，当外界温度低于热致相变层的临界相变温度时，红外发射器的发射率为第一发射率，当外界温度高于热致相变层的临界相变温度时，红外发射器的发射率为第二发射率；
其中，第一发射率大于第二发射率。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，热致相变层的材料为VO2，热致相变层的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，当热致相变层处于绝缘态时，红外发射器发射第一波长的红外光的发射率高于80％；当热致相变层处于金属态时，红外发射器发射第二波长的红外光的发射率低于30％；
其中，第一波长的波长范围在12μm至13μm之间，第二波长的波长范围在7μm至14μm之间。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，发射层还包括设置于热致相变层上且远离基底层一侧的覆盖层；
其中，覆盖层在热致相变层上的正投影与热致相变层重合。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，覆盖层的材料为锗，覆盖层的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，热致相变层的厚度范围在2μm至2.5μm之间，覆盖层的厚度范围在0.5μm至0.6μm之间。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，基底层的材料为钛，基底层的厚度范围在2μm至4μm之间。
在本发明实施例所提供的可调制发射率的红外发射器中，发射单元的周期宽度范围在0.4μm至0.6μm之间。
相应地，本发明还提供一种红外发射器系统，包括如上任一项的可调制发射率的红外发射器以及控制设备；
其中，控制设备用于对红外发射器中发射层的温度进行调节。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统，红外发射器包括至少一个发射单元，发射单元为一维周期光栅结构，发射单元包括基底层以及设置于基底层上的发射层，其中，发射层包括热致相变层，热致相变层用于根据外界温度的变化以对红外发射器的发射率进行调制；本发明提供的可调制发射率的红外发射器通过在具有一维周期光栅结构的发射单元中设置热致相变层，热致相变层可以根据外界温度的变化对红外发射器的发射率进行调制，从而使得上述红外发射器可以实现在不同条件下可以进行选择性发射的功能，进而实现了主动控制热辐射调制的目的，进一步在实现上述红外发射器适用不同红外发射场景的同时，节省了发射成本。
附图说明
图1为本发明提供的可调制发射率的红外发射器结构示意图；
图2为本发明提供的可调制发射率的红外发射器中所使用的二氧化钒材料分别处于金属态和绝缘态时的介电常数示意图；
图3为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料分别处于金属态和绝缘态时的发射率谱图；
图4为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于绝缘态时，改变入射光的角度分别得到的发射率谱图；
图5为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于金属态时，改变入射光的角度分别得到的发射率谱图；
图6为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于绝缘态时，改变发射单元的周期宽度后得到的发射率谱图；
图7为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于金属态时，改变发射单元的周期宽度后得到的发射率谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图7，本发明提供一种可调制发射率的红外发射器及红外发射器系统，红外发射器包括至少一个发射单元100，发射单元100为一维周期光栅结构，发射单元100包括基底层11以及设置于基底层11上的发射层12，其中，发射层12包括热致相变层121，热致相变层121用于根据外界温度的变化以对红外发射器的发射率进行调制。
本发明提供的可调制发射率的红外发射器通过在具有一维周期光栅结构的发射单元100中设置热致相变层121，热致相变层121可以根据外界温度的变化对红外发射器的发射率进行调制，从而使得上述红外发射器可以实现在不同条件下可以进行选择性发射的功能，进而实现了主动控制热辐射调制的目的，进一步在实现上述红外发射器适用不同红外发射场景的同时，节省了发射成本。
现结合具体实施例对本申请的技术方案进行描述。
请参阅图1，图1为本发明提供的可调制发射率的红外发射器结构示意图；其中，红外发射器包括至少一个发射单元100，发射单元100为一维周期光栅结构，发射单元100包括基底层11以及设置于基底层11上的发射层12；
其中，发射层12包括热致相变层121，热致相变层121用于根据外界温度的变化以对红外发射器的发射率进行调制。热致相变层121能够在相变温度附近发生金属至绝缘体之间的转换，并伴有光、电性能的突变。
在本发明实施例中，当红外发射器包括两个以及两个以上的发射单元100时，红外发射器由上述发射单元100在平面上按阵列形式连续周期性排列拼接而成。
具体地，由于发射单元100为一维周期光栅结构，相邻的两个发射层12之间具有狭缝，狭缝微结构可以凭借表面等离子/声子极化、磁极化、微腔共振等电磁特性，对辐射特性的调控变得更为高效。
其中，一维光栅结构通过调控整体一维微结构的透射谱来调控由输入光波导引入的入射光的透射特性，进而选择入射光的透射波长。
在本发明实施例中，当外界温度低于热致相变层121的临界相变温度时，红外发射器的发射率为第一发射率，当外界温度高于热致相变层121的临界相变温度时，红外发射器的发射率为第二发射率；
其中，第一发射率大于第二发射率。
具体地，当热致相变层121处于绝缘态时，红外发射器发射第一波长的红外光的发射率高于80％；当热致相变层121处于金属态时，红外发射器发射第二波长的红外光的发射率低于30％；
其中，第一波长的波长范围在12μm至13μm之间，第二波长的波长范围在7μm至14μm之间。
在本发明实施例中，热致相变层121的材料为二氧化钒，二氧化钒是一种特殊的过渡金属氧化物，由于它可重复的绝缘体-金属相变(Insulator-to-Metal Transition，IMT)而引起人们广泛兴趣。
在室温下VO2处于绝缘态，当温度超过临界温度341K，即Tc≈68℃时，VO2的晶格开始经历结构转变，从低温绝缘态的单斜金红石结构转变为高温金属态的四方金红石结构，其电导率发生4-5个数量级的突变。
与超导相变不同，此相变是一阶相变，它具有迟滞(hysteretic)效应，并且在冷却过程中（即当它从金属态返回到绝缘态时），它必须要在低于Tc≈68℃的某个温度才可以返回绝缘态，在整个相变往返过程中，电导率与温度之间的关系图形成一个类似磁滞回线的形状，我们把这样的曲线称为相变热滞回线，它还具有记忆功能，常被用于记忆超材料的研究中。
此外，二氧化钒的相变不仅可以通过温度来控制，还可以通过电激励，应力，压强，化学掺杂和光泵促使相变，并且通过掺杂能改变它的回线宽度与相变温度。适宜的相变温度与多样化的激励方式，使得二氧化钒的优良特性诱发了以其为基础的各种应用器件的发展，例如可调天线、微波/光波开关、记忆电阻器、热致变色器件、场效应器件以及VO2主动调控超材料器。
本发明实施例通过改变二氧化钒的介电常数来模拟温度变化下二氧化钒发生的相态改变，从而可以实现功能的切换。本发明中的可调制发射率的红外发射器的功能调制，是基于二氧化钒的相变特性实现的。
在本发明实施例中，发射层12还包括设置于热致相变层121上且远离基底层11一侧的覆盖层122；
其中，覆盖层122在热致相变层121上的正投影与热致相变层121重合。
具体地，覆盖层122的材料对红外线透明，不透过可见光和紫外线，可作专透红外光的覆盖窗、棱镜或透镜；覆盖层122的材料优选为锗。
在本发明实施例中，基底层11用于承载发射层12，基底层11一般使用不透光材料制作，防止发射层12发射的红外线经过基底层11逸散；基底层11的材料优选为钛，基底层11的厚度范围在2μm至4μm之间。
具体地，当热致相变层121的材料为VO2时，热致相变层121的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间；覆盖层122的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为100nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为100nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为7.5％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为52％。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为300nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为300nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为39％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为85％。
具体地，当热致相变层121的材料为VO2时，热致相变层121的厚度范围在2μm至2.5μm之间。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为23％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为82％。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2500nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为22％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为99.3％。
具体地，当覆盖层122的材料为锗时，覆盖层122的厚度范围在0.5μm至0.6μm之间。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为250nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为26％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为99.3％。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为25％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为99.3％。
具体地，发射单元100的周期宽度范围在0.4μm至0.6μm之间，即基底层11的周期宽度范围在0.4μm至0.6μm之间。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为500nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为25％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为99.5％。
进一步地，在本发明实施例提供的可调制发射率的红外发射器中：
基底层11为钛且基底层11的周期宽度为400nm；
热致相变层121的厚度为2000nm且宽度为200nm；
覆盖层122的材料为锗，厚度为1000nm且宽度为200nm；
此时，上述红外发射器在VO2为金属态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为15％；上述红外发射器在VO2为绝缘态时，红外发射器发射12300nm波长的红外光的发射率为71％。
下面基于上述基于二氧化钒的热辐射可调制的红外发射器，通过以下实例来说明其具体技术效果。
在本实施例中，基于二氧化钒的热辐射可调制的红外发射器的结构和各部件形状如上，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：
请参阅如图1，发射层12的顶层的覆盖层122的宽度W为0.2μm，覆盖层122厚度d1为0.5μm，覆盖层122材质为锗；发射层12的热致相变层121的宽度W为0.2μm，热致相变层121的厚度d2为2μm，热致相变层121材质为二氧化钒；光栅的基底层11的一个周期宽度Λ为0.4μm，基底层11的厚度d3为4μm，基底材质为钛。
当施加在VO2上的温度高于临界相变温度68℃时，VO2处于金属态，VO2是各向同性金属，其介电常数可用Drude模型描述为：
其中，ε∞是高频常数，ωp是等离子体频率，Γ是碰撞频率，ω是角频率，i为复数中的虚数单位；ωp=8000cm-1，Γ=104cm-1，此时热致相变层121的介电常数为负数。
当外部电磁波与处于金属态的VO2内部发生耦合时，就会产生磁共振，从而在特定的共振频率上产生强吸收，进而使得金属态的VO2能够阻挡红外光，从而降低了红外发射器的发射率。
当施加在VO2上的温度低于临界相变温度68℃时，VO2处于绝缘态，VO2转变成单轴各向异性电介质。这里考虑（200）取向的VO2晶体，其对应的平行和垂直于光轴的介电函数和/>可以用经典振荡模型描述：
：
其中，、/>、/>和/>分别为声子振动频率、散射率、振荡强度和声子模指数；当外部电磁波与处于绝缘态的VO2内部发生耦合时，就会产生磁共振，从而在特定的共振频率上产生强发射，进而使得绝缘态的VO2能够发射红外光，从而提高了红外发射器的发射率。
请参阅图2，图2为本发明提供的可调制发射率的红外发射器中所使用的二氧化钒材料分别处于金属态和绝缘态时的介电常数示意图；其中，图2给出了波长从0μm到20μm的中红外区金属态和绝缘态VO2介电常数的实部。金属态相表现出介电常数的负实部，这对于激发等离子体共振是至关重要的。
具体地，介电常数等于相对介电常数，或绝对介电常数与自由空间介电常数之比。介电常数的实部表示外部电场有多少电能储存到材料中，介电常数的虚部称为损耗因子，表示材料中有多少电能耗散到外部电场。
在本发明实施例中，绝缘态VO2相位的普通分量(eO)和非普通分量(eE)都存在若干声子模。绝缘态VO2相位的普通分量(垂直于光轴的介电函数)和非普通分量(平行于光轴的介电函数/>)都存在若干声子模。可以看出，普通分量在12.4μm ~ 16.7μm波长和非普通分量在17.5μm ~ 18.8μm波长均存在介电常数的负实部。
其中，在极性材料中激发声子介导的磁共振需要负介电常数，金属态VO2和绝缘态VO2的独特材料性质表明这两个相激发共振的潜力。当负实部的绝对值增大时，其阻挡红外光的能力变弱。
本发明利用时域有限差分法对所设计的基于二氧化钒的热辐射可调制的红外发射器及装置进行参数调试和功能仿真，并将发射率作为主要的考虑指标。因为红外发射器的发射率是最能直截了当地体现发射器结构参数是否合理的一个重要指标。
在利用时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）算法进行仿真计算一维周期性光栅时，上下界面均采用完美匹配层（Perfectly Matched Layer，PML）边界条件。PML边界条件可以处理多种类型的入射波，并且适用于各种不同类型的散射介质，与此同时，还避免了由于电磁场量的分解造成的计算空间加大的问题。
线性偏振平面波以横磁波(TM)入射的方式正常入射到超材料发射器结构上。注意，在一维光栅超材料中，磁共振只能在TM极化处被激发。当平面波沿z轴方向垂直入射到红外发射器的顶层表面（覆盖层122表面）上，通过导入上述提到的二氧化钒在不同相态时的介电常数来模拟实际应用场景下二氧化钒在不同温度下的状态。该发射器的发射率A(ω)的可由如下公式计算得出：A(ω)＝1－ R(ω)－ T(ω)，R(ω)为透射率，T(ω)为反射率，在足够细的网格尺寸下，数值误差小于2%。下面对具体的仿真结果进行展示：
本发明中，当VO2处于绝缘态时，该结构实际为覆盖层122与热致相变层121形成光栅的发射层12，以及基底层11组成的超材料发射器。其中位于12.3μm附近的窄带发射峰的发射可达99.3％，实现了高发射的特性。
本发明中，当VO2处于金属态时，该结构实际为覆盖层122与热致相变层121形成光栅的发射层12，以及基底层11组成的多层结构；其中，在7~14μm附近的发射低于30％，可以实现较低发射的特性，符合设计要求。
请参阅图3，图3为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料分别处于金属态和绝缘态时的发射率谱图；由图3可知，当二氧化钒分别处于不同相态时，在处于7~14μm的红外波段，红外发射器的发射率差异较大。
当向红外发射器中引入时变磁场时，结构中会产生振荡电流，根据楞次定律，也会产生感应磁场。当总阻抗为零时，在结构的磁共振频率处感应磁场会得到强烈增强。
在本发明实施例中，在二氧化钒材料处于绝缘态时，锗与二氧化钒的交界处在共振频率12.3μm处产生了强烈的磁场增强，也就是说，磁激元共振在共振频率12.3μm处被激发，此时，红外波长与共振频率相等的红外光的发射率最高。
请参阅图4以及图5，图4为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于绝缘态时，改变入射光的角度（入射光与垂直于发射单元100表面的直线之间的角度）分别得到的发射率谱图；图5为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于金属态时，改变入射光的角度分别得到的发射率谱图；
其中，由图4以及图5可知，通过改变入射光的角度，所得到的发射率变化并没有特别明显，仍旧在二氧化钒处于绝缘态时具有高发射率（接近于1），在二氧化钒处于金属态时具有低发射率（低于0.3），可以说明所设计的热辐射红外发射器具有角度不敏感的特性。
请参阅图6以及图7，图6为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于绝缘态时，改变发射单元100的周期宽度后得到的发射率谱图；图7为本发明提供的可调制发射率的红外发射器在二氧化钒材料处于金属态时，改变发射单元100的周期宽度后得到的发射率谱图。由图6以及图7可知，通过增大光栅的周期宽度以后，在二氧化钒处于绝缘态和金属态时，所设计的发射器的发射率都有显著降低（周期宽度为800nm时，对应的发射率相对最小），可以利用这种特性，对红外发射器的发射率进行进一步的调控，以满足更多的应用需求。
由此可见，本发明通过将二氧化钒与超材料结构相结合，利用VO2材料的相变调光能力，可以具有不需要消耗能源便可直接响应环境温度调节热辐射的特性，使其在单一的超材料结构中实现可调谐的高低发射功能。由于双功能器件不仅可以根据需求切换功能以适用不同的应用场合，不仅提高了生态环境的可持续性，对器件的研发周期和开发成本也大大减少。而且相较于其他设计的发射器，利用超材料光栅结构，设计较简单、紧凑，加工容易，使得工作效率大大提升。在热调制器、热发射器、辐射制冷器、彩色器件、相变存储器和商用光盘等多种领域拥有广阔的发展前景。
综上，本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
第一方面，本发明依据VO2的相变特性，用数值方法演示了一种可随温度变化进行调制的热辐射红外发射器及装置。基于超材料设计一维光栅结构，从而产生强烈的电磁耦合效应，使得局部电磁场增强，形成的增强的电磁场区域对于外界媒质的介电常数变化十分敏感，并且二氧化钒可以具有不需要消耗能源便可直接响应环境温度调节热辐射的特性，在结构设计合理的情况下能够在一定条件下对红外波段的光实现高发射，在另一条件下对红外波段的光实现低发射，具有可调控性。
第二方面，该发射器还具有角度不敏感性，在实际应用中有利于提升检测效率和减少因其他方向的入射光而导致的实验误差，可以应用于可调红外探测器和相干热发射器件。并且该结构设计较简单、紧凑，加工容易，使得工作效率大大提升。
第三方面，本发明提出的基于二氧化钒的热辐射可调制的红外发射器在二氧化钒处于绝缘态时，可用作窄带红外发射器，其中位于12.3μm附近的窄带峰的可达99.3％，实现了高发射的特性；本发明提出的基于二氧化钒的超材料器件在二氧化钒处于金属态时，在7~14μm附近的发射率低于30％，可以实现较低发射的功能。符合设计要求。
第四方面，本发明基于二氧化钒的相变特性，可以通过改变外界的温度在单一的超材料结构中实现在不同条件下可以进行选择性发射的功能，实现了主动控制热辐射调制的目的，将有助于设计更多新型的可调谐超材料，用于主动控制电子、光学和热器件中的热辐射。
相应地，本发明还提供一种红外发射器系统，包括如上任一项的可调制发射率的红外发射器以及控制设备；
其中，控制设备用于对红外发射器中发射层12的温度进行调节。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种可调制发射率的红外发射器，其特征在于，包括至少一个发射单元，所述发射单元为一维周期光栅结构，所述发射单元包括基底层以及设置于所述基底层上的发射层；
其中，所述发射层包括热致相变层以及设置于所述热致相变层上且远离所述基底层一侧的覆盖层，所述热致相变层用于根据外界温度的变化以对所述红外发射器的发射率进行调制，所述覆盖层在所述热致相变层上的正投影与所述热致相变层重合。
2.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，当外界温度低于所述热致相变层的临界相变温度时，所述红外发射器的发射率为第一发射率，当外界温度高于所述热致相变层的临界相变温度时，所述红外发射器的发射率为第二发射率；
其中，所述第一发射率大于所述第二发射率。
3.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，所述热致相变层的材料为VO2，所述热致相变层的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间。
4.根据权利要求3所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，当所述热致相变层处于绝缘态时，所述红外发射器发射第一波长的红外光的发射率高于80％；当所述热致相变层处于金属态时，所述红外发射器发射第二波长的红外光的发射率低于30％；
其中，第一波长的波长范围在12μm至13μm之间，第二波长的波长范围在7μm至14μm之间。
5.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，所述覆盖层的材料为锗，所述覆盖层的宽度范围在0.2μm至0.4μm之间。
6.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，所述热致相变层的厚度范围在2μm至2.5μm之间，所述覆盖层的厚度范围在0.5μm至0.6μm之间。
7.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，所述基底层的材料为钛，所述基底层的厚度范围在2μm至4μm之间。
8.根据权利要求1所述的可调制发射率的红外发射器，其特征在于，所述发射单元的周期宽度范围在0.4μm至0.6μm之间。
9.一种红外发射器系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的可调制发射率的红外发射器以及控制设备；
其中，所述控制设备用于对所述红外发射器中所述发射层的温度进行调节。
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