一种分光分频器件制造技术

一种分光分频器件，包括层叠设置的至少两块光学玻璃、多极子电谐振FSS图案，所述至少两块光学玻璃在靠近光学与雷达信号的各表面上，依次制作用于反射光学信号透过雷达信号宽光谱高反膜、至少一个多极子电谐振FSS图案。光学信号经过宽光谱高反膜被反射，雷达信号透过宽光谱高反膜，并经周期性“三明治”结构，在宽频段范围内高效率透过。采用多极子电谐振图案设计FSS，并使其与熔石英玻璃构造出一种“三明治”复合结构形式，根据切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换理论，数值优化阻抗匹配，提升器件宽带分频效率。

【技术实现步骤摘要】
一种分光分频器件
本专利技术涉及于光学技术及宽带无线电接收领域，特别涉及一种高性能反光学透雷达波分光分频器件。
技术介绍
光学与雷达共孔径复合探测技术满足在全天候、全天时情况下对目标的精细化(分辨率、定位精度)情报感知与获取能力需求，通过后续信息处理和数据融合，可以快速完成对目标区域的细节挖掘、目标几何材质等信息的重建以及目标运动信息的获取，可以满足未来战争对航天侦察情报产品多元化需求。多波段信号探测也是当今信息处理、目标图像处理与识别等方面的研究热点，在军用、民用领域具有重要的作用和意义。在光学与雷达复合探测中，雷达具有探测距离远、工作波段宽、角度大的优点，光学尤其是红外成像具有精确目标识别能力、精度高、可全天候工作的优点。在光学与雷达复合探测系统中，如何采用分光分频器件将光学信号与雷达信号分离，是实现光学与雷达复合探测的核心关键技术之一。国内外通常采用频率选择表面、透明导电氧化铟锡和电感性金属网栅等技术开发分光分频器件，其中，采用透明导电氧化铟锡、金属网栅技术开发出的分光分频器件属于反雷达透光学波束分离器件，而且透明导电氧化铟锡只能用于透可将光，采用频率选择表面则开发出反光学透雷达的波束分离器件。在专利《一种宽频段微波/红外信号分束探测方法与装置，201010239288.X》、《一种光学与毫米波雷达共孔径复合探测系统，201410796336.3》中，分光分频器件均采用了金属网栅技术，然而受限于金属网栅存在透光与电磁屏蔽之间的固有矛盾、金属网栅衍射效应，分光分频器件的透光与电磁屏蔽无法兼顾，尤其是频率高于10GHz的电磁波，分光分频器件的高透光(≥95％)、强电磁屏蔽(≤-20dB)将难以实现，另外，金属网栅衍射效应导致透射光高级次衍射集中，高级次衍射能量的集中分布就等同于杂散光的集中分布，这一问题对光学成像系统影响较大，尤其是在对多点目标成像时，杂散光的集中分布极易产生虚假探测信号，从而掩盖真实的探测目标。在专利《一种用于毫米波/光波共口径传输装置，201610515829.4》中，采用频率选择表面技术获得了一种反光学透雷达波的分光分频器件，然后，在专利只是提出了一种反光学与透雷达波的分光分频方案，在实际应用中，尤其是空间载荷应用，光学与雷达复合探测系统机械结构强度要求分光分频器件的玻璃基底足够厚，以保障振动、反光学面形的要求，此时，如何解决分光分频器件雷达工作带宽成为难题，并限制了复合探测系统雷达信号分辨率以及通信容量。在专利《一种宽带分光分频元件及其制备方法，201711252422.8》中，采用夹层复合材料设计宽带透波波的分光分频器件，夹层复合材料是由蒙皮(石英纤维)-蜂窝/泡沫-蒙皮(石英纤维)构成，虽然，在保障结构强度前提下，复合材料的厚度要比玻璃基底厚度薄，能够缓解器件厚度过大影响其雷达工作带宽的问题，高透波、高强度的复合材料物理厚度通常是半波长(雷达工作带宽中心频点对应的波长)整数倍，此时，复合材料高透波工作带宽依然面临难题，最后，该专利最大的问题便是复合材料的蒙皮表面光洁度难以达到光学面形要求，这将导致光学与雷达复合探测系统光学信号，尤其是可见光、近红外信号成像质量急剧下降。分光分频器件是光学与雷达复合探测系统的核心器件之一，其性能主要包括光学工作谱段、光学信号分光效率、对光学系统成像质量的影响，雷达工作频段、雷达信号分频效率等五个指标。分光分频器件技术实现途径主要包括透光学反雷达、透雷达反光学两种方式。目前，高透光谱段覆盖可见、近红外、中波红外到长波红外的光学透明导电材料只有金属网栅，然后，由于其透光与电磁屏蔽之间的矛盾、金属网栅的衍射效应，高透光、强屏蔽与高成像质量决定我们只能采用透雷达反光学的分光分频方式。分光分频器件的结构强度不仅要满足航天载荷自身结构强度的要求，同时还要保障器件具有较好的面形，确保分光信号满足复合探测系统高质量成像要求。受电磁波干涉原理的约束，物理厚度过大的器件分频带宽受到制约，难以在宽频段获得高的分频效率，一旦器件分频效率无法实现，将会增加复合探测系统雷达系统的功耗，经分析，分频效率每提升10％，则发射功率可降低20％，对整机效率提升明显。目前，采用频率选择表面设计透雷达反光学的分光分频器件，如专利201610515829.4并没有解决宽带高效率分频的问题，专利201711252422.8提出采用复合材料取代光学玻璃，解决器件宽带高效率分频难题，但是，该专利面临的最大难题是复合材料的面形无法满足光学分光要求，同时高强度的复合材料同样存在物理厚度过大器件分频带宽受制约的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种高性能反光学透雷达波分光分频器件，采用多极子电谐振图案设计FSS，并使其与熔石英玻璃(JGS2)构造出一种“三明治”复合结构形式，根据切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换理论，数值优化阻抗匹配，提升器件宽带分频效率。本专利技术提供一种分光分频器件，包括层叠设置的至少两块光学玻璃、多极子电谐振FSS图案，所述至少两块光学玻璃在靠近光学与雷达信号的各表面上，依次制作用于反射光学信号透过雷达信号宽光谱高反膜、至少一个多极子电谐振FSS图案。优选地，相邻两块光学玻璃之间夹一个多极子电谐振FSS图案形成“三明治”结构；所述“三明治”结构在横向、纵向两个方向，复制排布；多极子电谐振FSS图案通过复制排布构成周期性频率选择表面。优选地，其特征在于，所述多极子电谐振FSS图案的选择包括：四个偶极子密集排布的“回”字形FSS图案，或选择包括两个偶极子的密集排布的“Y”形FSS图案；多极子电谐振FSS图案中，金属部分选用铝或铜，厚度1μm。优选地，其特征在于，所述光学玻璃采用熔石英玻璃。优选地，所述光学玻璃的厚度满足结构强度及面形要求；厚度取值切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换理论；外侧的光学玻璃与内侧的光学玻璃的厚度依次增大。优选地，所述宽光谱高反膜为高折射率ZnS和低折射率YbF3的λ/4规整膜。优选地，相邻两块光学玻璃之间使用胶黏剂层粘合；所述胶黏剂层采用低相对介电常数、低损耗角正切值胶膜。优选地，所述胶黏剂层的相对介电常数≤3、损耗角正切值≤0.009。优选地，所述胶黏剂层选用EVA胶；所述多极子电谐振FSS图案通过胶黏剂层与光学玻璃粘合。本专利技术能够取得以下技术效果：1)本专利技术的高性能反光学透雷达波分光分频器件，获得高透波(＞90％)带宽覆盖35GHz到36.5GHz，玻璃厚度超过33mm；2)本专利技术的高性能反光学透雷达波分光分频器件，避免了光学透明导电膜分光、分频效率低及其对成像质量影响的问题；3)本专利技术的高性能反光学透雷达波分光分频器件，相比较于玻璃基底单侧加载频率选择表面或简单使用复合材料，分光效率更高、分光面的面形更好，分频效率高、频带宽，强度高；4)本专利技术的高性能反光学透雷达波分光分频器件，不仅结构强度高、分光分频效率高，而且还能多光谱、宽带的要求，可应用于空间载荷、地基靶场以及航空飞行器光学与雷达复合探测系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分光分频器件，其特征在于，包括层叠设置的至少两块光学玻璃(2)、多极子电谐振FSS图案(41)，所述至少两块光学玻璃(2)在靠近光学与雷达信号的各表面上，依次制作用于反射光学信号透过雷达信号宽光谱高反膜(1)、至少一个多极子电谐振FSS图案(41)。/n

【技术特征摘要】
1.一种分光分频器件，其特征在于，包括层叠设置的至少两块光学玻璃(2)、多极子电谐振FSS图案(41)，所述至少两块光学玻璃(2)在靠近光学与雷达信号的各表面上，依次制作用于反射光学信号透过雷达信号宽光谱高反膜(1)、至少一个多极子电谐振FSS图案(41)。


2.如权利要求1所述的分光分频器件，其特征在于，相邻两块光学玻璃(2)之间夹一个多极子电谐振FSS图案(41)形成“三明治”结构；所述“三明治”结构在横向、纵向两个方向，复制排布；多极子电谐振FSS图案(41)通过复制排布构成周期性频率选择表面(4)。


3.如权利要求2所述的分光分频器件，其特征在于，所述多极子电谐振FSS图案(41)的选择包括：四个偶极子密集排布的“回”字形FSS图案，或选择包括两个偶极子的密集排布的“Y”形FSS图案；
多极子电谐振FSS图案(41)中，金属部分选用铝或铜，厚度1μm。


4.如权利要求1所述的分光分频器件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐念喜，单冬至，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22