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Die Erfindung betrifft ein optisches Fenster mit einem optisch transparenten Fensterkörper und einer darauf aufgebrachten Strahlenschutzbeschichtung.
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Ein optisches Fenster dient dazu, ein hinter dem Fenster positioniertes Gerät oder einen Beobachter vor mechanischen Einflüssen vor dem Fenster zu schützen und im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich transparent zu sein, um dem Gerät oder dem Beobachter durch das optische Fenster hindurch eine Sicht auf einen vor dem Fenster liegenden Gegenstand oder eine Objektszene zu gewähren. Je nach Anwendung soll ein optisches Fenster den Beobachter oder das Gerät auch vor elektromagnetischer Strahlung schützen, beispielsweise vor Laserstrahlung oder Radarstrahlung, um beispielsweise eine Blendung des Beobachters oder des Geräts durch die Strahlung zu unterbinden.
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Ein unerwünschtes Hindurchdringen von elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen bis etwa 20 GHz durch ein optisches Fenster kann verringert werden, wenn das optische Fenster mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist. Diese sollte jedoch transparent für Licht im optischen und/oder infraroten Spektralbereich sein. Eine elektrisch leitfähige Beschichtung wird typischerweise hergestellt, indem eine Gitterstruktur aus einem metallischen Material, beispielsweise Gold oder Silber, auf die Fensteroberfläche aufgebracht wird. Hierdurch kann eine Reduzierung des elektrischen Flächenwiderstands des optischen Fensters erreicht werden, der einem Eindringen der elektromagnetischen Strahlung entgegenwirkt. Durch die Gitterspalte dringt hingegen hinreichend Licht, sodass ein dahinterliegendes optisches Instrument weiterhin seinen Zweck erfüllen kann.
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Ein Problem der Herstellung eines metallischen Gitters ist der aufwändige Prozess der Auftragung des metallischen Gitters auf das optische Fenster. Fotolithografische Methoden sind komplex und daher zeit- und kostenintensiv.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leicht herstellbares optisches Fenster mit einer Strahlenschutzfunktion anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein optisches Fenster der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Strahlenschutzbeschichtung erfindungsgemäß Metallnanodrähte enthält, die ein elektrisch leitendes Netz über die Fensterfläche des Fensterkörpers bilden.
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Metallnanodrähte sind so leicht, dass sie in einer Suspension schwimmen und dort ausreichend gleichmäßig verteilt werden können. Die Suspension kann auf die Oberfläche des Fensterkörpers aufgetragen werden, beispielsweise wird die Suspension aufgesprüht. Wenn die Suspension ein Lösungsmittel enthält, so kann dieses verflüchtigt werden, sodass die Metallnanodrähte, zweckmäßigerweise in einer Trägersubstanz, auf dem Fensterkörper verbleiben.
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Die Metallnanodrähte bilden ein elektrisch leitendes Netz über die Fensterfläche, wodurch der elektrische Flächenwiderstand der Oberfläche des Fensterkörpers herabgesetzt wird. Das Netz muss hierbei nicht vollständig über die Fensterfläche des optischen Fensters reichen, auch muss es nicht zwingend elektrisch mit einem elektrisch leitenden Rand des Fensters oder der Fensterfläche verbunden sein, wobei dies jedoch zum Halten auf einem vorbestimmten elektrischen Potenzial vorteilhaft ist. Um eine gute Abschirmung des optischen Fensters zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest 80 % der Fensterfläche des optischen Fensters vom elektrisch leitenden Netz bedeckt ist.
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Der Flächenwiderstand kann durch die Wahl der Dichte der Metallnanodrähte auf der Oberfläche des optisch transparenten Fensterkörpers eingestellt werden. Die Dichte der Metallnanodrähte und die Trägersubstanz sind hierbei zweckmäßigerweise so gewählt, dass die optische Transparenz des Fensters im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich weitgehend erhalten bleibt, beispielsweise zu mehr als 80 %. Eine Dämpfung der Transmission durch die Metallnanodrähte tritt zweckmäßigerweise erst oberhalb von einer Wellenlänge von 5 µm auf.
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Das optische Fenster kann ein Schutzfenster eines Fahrzeugs sein, beispielsweise eines bemannten oder unbemannten Luftfahrzeugs, wie eines Flugzeugs oder eines Lenkflugkörpers. Der Fensterkörper ist zumindest in dem Bereich optisch transparent, in dem ein dahinterliegendes Gerät sensitiv ist, bei einem Beobachter im visuellen Spektralbereich. Der Fensterkörper kann aus Glas oder Plexiglas oder infrarottransparentem Glas sein oder aus Silizium, Spinell, Saphir, Zinksulfid oder einem anderen im infraroten Spektralbereich transparenten Festkörper. Die Fensterfläche des Fensterkörpers kann diejenige Fläche sein, durch die die Strahlung einfallen kann, also beispielsweise die Oberfläche des Fensterkörpers ohne einen Randbereich, der von einem Rahmen überdeckt wird.
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Das optische Fenster ist zweckmäßigerweise gasdicht und kann einen optischen Detektor oder einen Beobachter vor äußeren Einflüssen schützen. Ein optischer Detektor kann durch die Strahlenschutzbeschichtung beispielsweise gegen eine Blendung oder Störung durch einfallende Radarstrahlung geschützt werden. Auch die Funktion der Radarquerschnittsreduzierungen kann durch die Strahlenschutzbeschichtung erreicht werden, da einfallende Radarstrahlung an der elektrisch leitfähigen Beschichtung gerichtet reflektiert wird.
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Ein Metallnanodraht ist zweckmäßigerweise ein längliches Gebilde aus Metall, beispielsweise einem metallischen chemischen Element oder einer Legierung aus mehreren metallischen chemischen Elementen, dessen mittlere Dicke im Nanometerbereich bleibt, also unterhalb von 1 µm liegt. Die Länge eines Metallnanodrahts übersteigt zweckmäßigerweise zumindest das Zehnfache seiner Dicke bzw. seiner mittleren radialen Ausdehnung bei einer Axialrichtung parallel zu seiner Längenrichtung.
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Die Strahlenschutzbeschichtung ist auf dem Fensterkörper aufgebracht, muss hierbei jedoch nicht an der Innenseite oder Außenseite des optischen Fensters angeordnet sein, sondern kann auch eine Zwischenschicht des optischen Fensters bilden. Beispielsweise enthält das optische Fenster einen ersten optisch transparenten Fensterkörper, auf dem die Strahlenschutzbeschichtung aufgebracht ist, und darüber einen zweiten optisch transparenten Fensterkörper, der die Strahlenschutzbeschichtung nach außen abschirmt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Metallnanodrähte Silbernanodrähte. Silber lässt sich in einfacher Form zu Metallnanodrähten verarbeiten und ist elektrisch sehr leitfähig. Metallnanodrähte aus Silber sind im Spezialhandel erhältlich, und können - in eine Suspension gebracht - in einfacher Weise auf den optisch transparenten Fensterkörper aufgebracht werden. Die Silbernanodrähte können in einer Trägersubstanz vorliegen, beispielsweise Vinyl. Die einzelnen Silbernanodrähte können hierbei mit einer Umhüllung aus der Trägersubstanz versehen sein.
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Ein geringer elektrischer Flächenwiderstand verbunden mit einer hohen optischen Transmission kann erreicht werden, wenn die Metallnanodrähte eine mittlere Länge von 1 µm bis 100 µm und eine mittlere Dicke von 10 nm bis 900 nm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine mittlere Länge von 10 µm bis 40 µm und eine mittlere Dicke von 10 nm bis 20 nm.
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Um eine gute Abschirmungsfunktion des optischen Fensters gegen Radarstrahlung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch leitende Netz einen mittleren elektrischen Flächenwiderstand zwischen 0,1 Ω/square und 100 Ω/square, insbesondere zwischen 0,1 Ω/square und 10 Ω/square, aufweist.
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Da übliche fotolithografische Methoden nicht oder nur sehr eingeschränkt auf gekrümmten Flächen anwendbar sind, wie beispielsweise einem kugelkalottenförmigen Fenster oder einem Suchkopfdom eines Lenkflugkörpers, ist die Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar bei einem optischen Fenster, dessen Fensterfläche eine gekrümmte Fläche aufweist, insbesondere über die gesamte Fensterfläche gekrümmt ist.
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Ein elektrisch leitendes Netz von Nanodrähten kann einen guten Schutz gegen elektromagnetische Strahlungen im Radarbereich oder Mikrowellenbereich liefern. Bei deutlich höheren Frequenzen im infraroten Spektralbereich oder visuellen Spektralbereich ist jedoch zum Erreichen einer hohen Abschirmwirkung ein so dichtes Drahtnetz notwendig, dass die an sich gewünschte optische Transmission des Fensters zu stark herabgesetzt wird, um dessen Fensterfunktion aufrechtzuerhalten.
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Eine Strahlenschutzbeschichtung, die gegen einfallende elektromagnetische Strahlung im visuellen Spektralbereich, aber auch im nahen Infrarotbereich schützt, kann erreicht werden, wenn diese elektrisch voneinander isolierte Metallnanoteilchen enthält.
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Die oben genannte Aufgabe wird insofern auch durch ein optisches Fenster der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Strahlenschutzbeschichtung erfindungsgemäß elektrisch voneinander isolierte Metallnanoteilchen enthält. Die Metallnanoteilchen können zusätzlich oder alternativ zu den Metallnanodrähten in der Strahlenschutzbeschichtung vorhanden sein. Die Strahlenschutzbeschichtung kann insofern Metallnanoelemente enthalten, die Metallnanodrähte und/oder Metallnanoteilchen sind. Durch die Metallnanoteilchen kann ein Schutz gegen einfallende Laserstrahlung erreicht werden. Dies ist besonders vorteilhaft zum Schutz von Luftfahrzeugen gegen die Bestrahlung von einem Störlaser. Beispielsweise können derart beschichtete Fenster von Flugzeugkanzeln gegen die Blendung des Piloten durch einen vom Boden strahlenden Laser schützen.
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Im Unterschied zu Metallnanodrähten weisen Metallnanoteilchen zweckmäßigerweise eine zumindest im Wesentlichen kompakte Geometrie auf, das Verhältnis von Länge zu Dicke liegt zweckmäßigerweise unterhalb von 5:1. Besonders vorteilhaft ist eine Plättchenform, sodass die Metallnanoteilchen Metallnanoplättchen sind. Auch im Fall von Metallnanoteilchen ist Silber ein besonders geeignetes Metall zur Bildung der Metallnanoteilchen.
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Silbernanoteilchen absorbieren und streuen Licht mit einer hohen Effizienz. Ihre starke Wechselwirkung mit Licht beruht auf dem Effekt, dass die Leitungselektronen auf der Metalloberfläche beim Eintreffen des Lichts zu einer kollektiven Oszillation angeregt werden, wenn die Lichtfrequenz in der Resonanzfrequenz der Leitungselektronen liegt. Diese Oszillation ist bekannt als Oberflächen-Plasmonresonanz SPR (surface plasmon resonance) und streut und absorbiert Licht erheblich stärker als identische nichtplasmonische Nanopartikel. Die Absorptions- bzw. Streueigenschaften von Metallnanoteilchen können, insbesondere bei Silbernanopartikeln, durch die Teilchengröße, die Teilchenform und den lokalen Refraktionsindex der Teilchenoberfläche gesteuert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Größe der Metallnanoteilchen so gewählt, dass deren Oberflächen-Plasmonresonanz im Frequenzbereich von nahem UV, sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung oder langwelligeren Strahlung bis 20 µm liegt oder in einer Gruppe aus mehreren dieser vier Spektralbereiche. Hierdurch kann dieses Licht bzw. diese Infrarotstrahlung auf einfache Weise spektral selektiv gezielt aus dem durch das optische Fenster einfallenden Spektrum herausgefiltert werden. Ein effizienter und selektiver Schutz gegen einzelne Frequenzen, beispielsweise Laserfrequenzen, kann auf diese Weise sehr einfach erreicht werden.
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Ein kostengünstiger und besonders häufig verwendeter Laser ist ein Nd:YAG-Laser, der mit hohen Strahlungsleistungen kostengünstig erhältlich ist. Von einem solchen Laser gehen Gefahren insbesondere im zivilen Luftfahrtbereich durch Blendung von Piloten durch Laserstrahlung aus. Um einen guten Schutz gegen Laserstrahlung eines Nd:YAG-Lasers zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Größe der Metallnanoteilchen so gewählt ist, dass ihre Oberflächen-Plasmonresonanz bei 532 nm oder einem Vielfachen davon liegt.
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Eine gute Schutzwirkung der Strahlenschutzbeschichtung kann erreicht werden, wenn die Partikeldichte der Metallnanoteilchen so dicht ist, dass eine Lichtabsorption durch die Beschichtung hindurch von zumindest 20 % im Spektralbereich der Oberflächen-Plasmonresonanz der Metallnanoplättchen bewirkt wird.
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Bei einer Verwendung von Metallnanodrähten zusammen mit Metallnanoteilchen können die Metallnanodrähte und die Metallnanoteilchen separat voneinander hergestellt und anschließend in einem gewünschten Verhältnis zueinander in eine gemeinsame Suspension eingebracht werden. Es ist jedoch auch möglich und vorteilhaft, wenn die Metallnanoteilchen Nukleationsteilchen der Metallnanodrähte sind. Bei der Herstellung von Metallnanodrähten können Metallnanoteilchen als Nukleationsteilchen verwendet werden, aus denen sich die Metallnanodrähte beispielsweise in einer Lösung bilden. Je nach Abbruch des Wachstums der Metallnanodrähte liegen hierbei noch mehr oder weniger Metallnanoteilchen in der Suspension vor. Auf diese Weise kann mit einem einzigen Herstellungsprozess eine Mischung von Metallnanodrähten und Metallnanoteilchen in einer gemeinsamen Suspension erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Fensters, bei dem auf einen optisch transparenten Fensterkörper des optischen Fensters eine Strahlenschutzbeschichtung aufgebracht wird.
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Eine effektive und einfach herstellbare Strahlenschutzbeschichtung kann erreicht werden, wenn erfindungsgemäß eine Suspension mit einem Lösungsmittel und Metallnanodrähten auf den Fensterkörper aufgebracht wird und das Lösungsmittel verflüchtigt wird. Das Aufbringen kann durch ein Aufsprühen erfolgen. Eine vorteilhafte Konzentration der Metallnanodrähte in der Suspension liegt zwischen 0,05 Vol % und 1 Vol %.
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Die Widerstandsfähigkeit von Metallnanodrähten kann erhöht werden, wenn diese in eine Trägersubstanz eingebettet sind, beispielsweise in Vinyl. Die Metallnanodrähte können einzeln von der Trägersubstanz umhüllt sein. Um trotz dieser Umhüllung ein elektrisch leitendes Netz zu erhalten, müssen die Metallnanodrähte elektrisch miteinander verbunden werden. Dies kann in einfacher Weise erreicht werden, wenn der Fensterkörper mit den aufgebrachten Metallnanodrähten auf zumindest 100°C erhitzt wird und die Metallnanodrähte sich hierdurch durch eine Ummantelung der Metallnanodrähte hindurch zu einem elektrisch leitenden Netz miteinander verbinden.
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Um eine hinsichtlich der Abschirmung effektive und dennoch lichtdurchlässige Strahlenschutzbeschichtung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Verteilung der Metallnanodrähte möglichst gleichmäßig über der Fensterfläche vorliegt. Sollen die Metallnanodrähte jedoch mit einer hohen Dichte aufgebracht werden, so kann es leicht passieren, dass die Metallnanodrähte klumpen und hierdurch sowohl die Lichttransmission als auch die Strahlenschutzwirkung deutlich leiden.
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Dies kann dadurch vermieden werden, dass die Suspension in mehreren Schichten auf den Fensterkörper aufgebracht wird, wobei das Lösungsmittel der zuvor aufgebrachten Schicht zunächst zumindest im Wesentlichen verflüchtigt wird, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Die Konzentration der Metallnanodrähte kann in den einzelnen Schichten gering gehalten werden, sodass einem Verklumpen entgegengewirkt wird. Vorteilhaft ist beispielsweise das Aufbringen der Strahlenschutzbeschichtung in zwei bis fünf Schichten, insbesondere in drei Schichten.
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Das Verbinden der Metallnanodrähte zum elektrisch leitenden Netz geschieht zweckmäßigerweise nach dem Aufbringen aller Schichten. Die Metallnanodrähte aller Schichten können auf diese Weise in einem gemeinsamen Schritt elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
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Ein Strahlenschutz sowohl gegen Radarstrahlung als auch gegen Laserstrahlung kann erreicht werden, wenn die Suspension zusätzlich zu den Metallnanodrähten Metallnanoteilchen enthält, die in der Suspension verteilt sind.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Metallnanoteilchen Nukleationsteilchen der Metallnanodrähte sind, die Metallnanodrähte sich aus den Metallnanoteilchen bilden, wobei in der Suspension nach der Bildung Metallnanoteilchen und Metallnanodrähte gemeinsam vorliegen.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die teilweise in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Die Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaften der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 einen Lenkflugkörper mit einem Suchkopffenster mit einer Strahlenschutzbeschichtung,
- 2 eine Mikroskopansicht auf die Strahlenschutzbeschichtung und
- 3 ein Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Strahlenschutzbeschichtung auf einem optischen Fenster.
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1 zeigt einen Lenkflugkörper 2 mit einem Suchkopf 4, der eine Optik 6 zum Abbilden einer Objektszene auf einen Matrixdetektor 8 enthält. Zum Schutz der Optik 6 ist der Suchkopf 4 nach vorne hin durch einen Dom mit einem optischen Fenster 10 verschlossen, dessen transparenter Fensterkörper 12 mit einer Strahlenschutzbeschichtung 14 versehen ist. Die Strahlenschutzbeschichtung 14 ist in 1 durch eine gestrichelte Linie auf dem optischen Fenster 10 schematisch dargestellt. Eine mit dem Matrixdetektor 8 signaltechnisch verbundene Steuereinheit 16 lenkt den Flug des Lenkflugkörpers 2, indem sie aus Bildsignalen des Matrixdetektors 8 Lenkbefehle ableitet und hiermit Lenkflügel 18 ansteuert.
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Das optische Fenster 10 ist im infraroten und visuellen Spektralbereich spektral durchlässig. Die Strahlenschutzbeschichtung 14 ist grundsätzlich ebenfalls im infraroten und visuellen Spektralbereich durchlässig, enthält jedoch Metallnanodrähte 20 (2) und Metallnanoteilchen 22. Diese dämpfen bestimmte Spektralbereiche aus dem hindurchgelassenen Spektrum ab. In 2 sind die Metallnanodrähte 20 und die Metallnanoteilchen 22 dargestellt.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus dem optischen Fenster 10, dessen transparenter Fensterkörper 12 auf seiner Fensterfläche mit der Strahlenschutzbeschichtung 14 vollständig beschichtet ist. Zu sehen sind die Metallnanodrähte 20, die in diesem Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen aus Silber und insofern Silbernanodrähte sind. Der überwiegende Teil der Metallnanodrähte 20 weist eine Länge von 10 µm bis 40 µm und einen Durchmesser von etwa 15 nm auf. Die mittlere Länge der Metallnanodrähte 20 liegt bei 30 µm.
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Ebenfalls sichtbar sind die Metallnanoteilchen 22, die - wie die Metallnanodrähte 20 - im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Strahlenschutzbeschichtung 14 und damit auf der Fensterfläche des optischen Fensters 10 verteilt sind. Auch die Metallnanoteilchen 22 sind zumindest im Wesentlichen aus Silber und insofern Silbernanoteilchen.
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Die Metallnanodrähte 20 sind an ihren Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden und in ihrer Länge und Dichte so bemessen, dass sie ein elektrisch leitendes Netz über die gekrümmte Fensterfläche des optischen Fensters 10 bilden. Das elektrisch leitende Netz kann hierbei mit einem metallischen Fensterrahmen 24 verbunden sein, der auf einem vorbestimmten elektrischen Potenzial gehalten werden kann. Auf diese Weise kann das gesamte elektrisch leitende Netz aus den Metallnanodrähten 20 auf dem vorbestimmten elektrischen Potenzial gehalten werden.
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Um eine gute spektral abschirmende bzw. spiegelnde Wirkung zu entfalten, reduziert das elektrisch leitende Netz den mittleren elektrischen Flächenwiderstand über die Fensterfläche des optischen Fensters 10 auf etwa 10 Ω/square. Der geringe elektrische Flächenwiderstand führt dazu, dass auf das optische Fenster 10 einfallende Radarstrahlung am optischen Fenster 10 weitgehend reflektiert wird und somit das optische Fenster 10 nicht durchtritt. Der Matrixdetektor 8 kann hierdurch vor einer Blendung durch Radarstrahlung geschützt werden.
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Durch die Krümmung des Fensterkörpers 12 und damit auch der Strahlenschutzbeschichtung 14 erfolgt die Reflexion der Radarstrahlung im Wesentlichen ungerichtet. Bei dieser Konfiguration des optischen Fensters 10 wird lediglich ein Schutz der dahinterliegenden Geräte vor Blendung erreicht. Bei einer ebenen Ausführung eines optischen Fensters 10 kann die einfallende Radarstrahlung jedoch gerichtet gespiegelt werden, sodass eine Rückreflexion zum Radarsender weitgehend unterbunden wird. Auf diese Weise kann eine Radarquerschnittsreduzierung des optischen Fensters 10 erreicht werden.
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Die Metallnanoteilchen 22 haben eine zumindest im Wesentlichen runde und flache Geometrie, sodass sie kleine Metallplättchen in Nanometergröße sind, ihr Durchmesser liegt also unterhalb 1 µm. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Durchmesser zwischen 50 nm und 200 nm und die Dicke bei etwa 25 nm. Es ist zu sehen, dass die Größenverhältnisse der Metallnanoteilchen 22 und der Metallnanodrähte 20 zueinander in 2 nicht maßstäblich sondern nur schematisch dargestellt sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Metallnanoteilchen 22 in zwei unterschiedlichen Größenklassen vorliegen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Metallnanoteilchen 22 in zwei unterschiedlichen Größenklassen vorhanden, wobei im Wesentlichen alle Metallnanoteilchen 22 einer dieser verschiedenen Größenklassen angehören. Jede der Größenklassen hat Durchmesserspannen des mittleren Durchmessers seiner Metallnanoteilchen 22, wobei sich die Durchmesserspannen der unterschiedlichen Größenklassen nicht überlappen.
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Die Größe der Metallnanoteilchen 22 ist in jeder der Größenklassen so bemessen, dass jede Größenklasse Strahlung eines Spektralbands absorbiert, wobei die Spektralbänder spektral voneinander beanstandet sind. In einem möglichen Ausführungsbeispiel absorbieren die Metallnanoteilchen 22 der größeren Größenklasse Strahlung um 1064 nm und die Metallnanoteilchen 22 der kleineren Größenklasse Strahlung um 532 nm. Bei diesen Abmessungen der Metallnanoteilchen 22 kann Laserstrahlung eines Nd:YAG-Lasers von den Metallnanoteilchen 22 wirksam absorbiert werden. Die das optische Fenster 10 durchtretende Laserstrahlung wird daher gedämpft. Eine Blendung eines Geräts durch Laserstrahlung, wie beispielsweise des Matrixdetektors 8, kann somit verhindert werden.
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Die Größe der Metallnanoteilchen 22 ist so gewählt, dass deren Oberflächen-Plasmonresonanz im gewünschten Spektralbereich liegt, beispielsweise so, dass Strahlung eines vorbestimmten Lasers ganz oder teilweise absorbiert wird. Eine Absorption im gewünschten Spektralbereich durch Oberflächen-Plasmonresonanz von zumindest 20 % ist hierbei vorteilhaft.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 2 ist zu sehen, dass ein Teil der kleineren der Metallnanoteilchen 22 Nukleationsteilchen der Metallnanodrähte 20 sind. Bei der Herstellung der Metallnanodrähte 20 bilden sich Nukleationskeime, aus denen die Metallnanodrähte 20 herauswachsen. Da aus nicht allen der kleineren der Metallnanoteilchen 22 Metallnanodrähte 20 gewachsen sind und insofern noch ein Teil der kleinen Metallnanoteilchen 22 vorhanden sind, bleibt eine Strahlungsabsorption durch Oberflächen-Plasmonresonanz erhalten.
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Zum Herstellen der Strahlenschutzbeschichtung 14 auf dem Fensterkörper 12 des optischen Fensters 10 wird zunächst eine Suspension mit einem Lösungsmittel und Metallnanoelementen hergestellt. Die Metallnanoelemente können Metallnanodrähte 20 und/oder Metallnanoteilchen 22 sein. Diese Suspension kann nun auf den Fensterkörper 12 aufgebracht werden. Ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Herstellungsverfahrens ist in 3 dargestellt.
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Zunächst werden nach einem Start 26 des Herstellungsverfahrens in Schritt 28 Metallnanoelemente gebildet, beispielsweise werden Metallnanodrähte 20 aus Nukleationsteilchen gebildet. Dann werden diese Metallnanoelemente in Schritt 30 in eine Suspension mit einem Lösungsmittel gebracht. Anschließend wird in Schritt 32 diese Suspension auf einen optisch transparenten Fensterkörper 12 aufgebracht, beispielsweise aufgesprüht. Nach dem Aufbringen wird das Lösungsmittel aus der Suspension entfernt, beispielsweise durch Erwärmen oder Ruhenlassen des beschichteten Fensterkörpers 12. Dieser Schritt 32 des Aufbringens und Verdampfens des Lösungsmittels kann mehrfach wiederholt werden, beispielsweise dreimal, sodass nacheinander drei Schichten Metallnanoelemente auf den Fensterkörper 12 aufgebracht werden.
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Zum Schutz von Metallnanodrähten 20 ist es vorteilhaft, diese in einer Trägersubstanz einzuhüllen, beispielsweise Vinyl. Da Vinyl die elektrische Verbindung von einander überkreuzenden Metallnanodrähten 20 verhindert, werden die Metallnanoelemente in Schritt 34 erhitzt, beispielsweise zwischen 120 °C und 180 °C. Die Trägersubstanz wird zwischen den Metallnanodrähten 20 verdrängt, sodass sich deren Metallkörper berühren und hierdurch das elektrisch leitende Netz über die Fensterfläche bzw. den Fensterkörper 12 bilden.
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Um einen mechanischen Schutz der Strahlenschutzbeschichtung 14 zu erreichen, beispielsweise durch Abrasion während des Flugs des Lenkflugkörpers 2, kann in Schritt 36 eine Schutzschicht über die Strahlenschutzbeschichtung 14 aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Lacks oder eines anderen geeigneten transparenten Materials.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Lenkflugkörper
- 4
- Suchkopf
- 6
- Optik
- 8
- Matrixdetektor
- 10
- optisches Fenster
- 12
- Fensterkörper
- 14
- Strahlenschutzbeschichtung
- 16
- Steuereinheit
- 18
- Lenkflügel
- 20
- Metallnanodraht
- 22
- Metallnanoteilchen
- 24
- Fensterrahmen
- 26
- Start
- 28
- Bildung von Metallnanoelementen
- 30
- Herstellen einer Suspension
- 32
- Aufsprühen
- 34
- Herstellen der elektrischen Verbindungen
- 36
- Schutzschicht aufbringen
