一种超材料光学窗及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超材料光学窗及其制备方法，其中，所述超材料光学窗包括多个周期性排列的结构单元，且每个结构单元均由透明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。本发明专利技术中的网柵透明谐振结构以及透明金属网柵层均是埋藏嵌入在光学窗本体(透明介质基板)的深表面，这使得其在实际应用中难以被剐蹭掉，具有优异的牢固度、耐磨性、耐久性、耐激光损伤以及耐热冲击性等苛刻环境适用性，并且所述嵌入式的网柵透明谐振结构还能在可见以及中远红外波段实现高透性。本发明专利技术提供的超材料光学窗在1

【技术实现步骤摘要】
一种超材料光学窗及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超材料吸波器
，尤其涉及一种超材料光学窗及其制备方法。

技术介绍

[0002]微波以及无线电技术造成的电磁污染不仅对精密电子仪器造成干扰，而且对人体健康也造成了不可忽略的负面效应。通过电磁屏蔽技术可用来消除这些负面影响，在很多电磁屏蔽领域中，电磁屏蔽材料不仅需要优异的电磁屏蔽性能，更需要维持良好的可见及红外光的高透性，例如高端医疗设备观察窗、精密通讯设备屏蔽元件、超精细监控设备观察窗口、飞行器以及航空武器光学窗、先进光学仪器窗口等。然而目前大多数电磁屏蔽材料是采用贴皮式金属网柵结构或透明导电薄膜，这种电磁屏蔽材料不但会将电磁波反射到空间中造成二次电磁污染，将空间电磁环境复杂化，而且在实际使用中存在牢固度、耐磨性、耐久性、耐激光损伤以及耐热冲击性等苛刻环境适用性难题。解决这一问题的最佳方案是在透明光学材料上加载一种特殊材料，使其能够吸收掉微波以及无线电波，可透过可见光及红外光，并且具有优异的环境耐用性。
[0003]近年来，超材料吸波器的出现为透明电磁吸波材料带来了新的设计思想。超材料吸波器是一种能够对入射电磁波产生响应的新型复合材料，它是由介质基板与附着在介质基板上的周期性人造微结构组成，可通过人工设计其结构单元，来实现对材料的等效介电常数、等效磁导率、折射率等电磁参数的调谐，通过电磁谐振实现与自由空间的阻抗匹配使入射波几乎物反射进入超材料内部被损耗掉，实现完美吸波性能。
[0004]目前超材料吸波器采用透明介质基板和氧化锡结合的方式来实现光学透明和微波吸波功能，例如专利(CN106252897A)、(CN102480006A)、(CN103675956B)及(CN108832309A)等。然而，这些透明超材料吸波器采用氧化铟锡作为上层谐振层和下层反射层，由于氧化铟锡在红外波段是不透明的，这就限制了它们在红外光学窗领域的应用。此外，这些透明超材料吸波器的谐振层、介质基板以及底层反射层之间是通过光学透明胶来热压成型的，这种多层结构会由于光学干涉效应以及透明胶的存在，使得其光学透过率会进一步下降，难以在可见及红外波段实现光学高透性；另外，这些透明超材料吸波器的谐振层只是通过普通激光加工等手段贴在介质基板表面，在实际应用中必然会受到风雨沙石等的侵蚀而脱落掉，影响其电磁吸波性能，在实际中并不能得到有效的应用和推广。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种超材料光学窗及其制备方法，旨在解决现有超材料吸波器不能够同时具有微波宽带吸收性、可见及红外波段光学高透性以及环境耐用性的问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种超材料光学窗，其中，包括多个周期性排列的结构单元，每个结构单元均由透
明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。
[0009]所述的超材料光学窗，其中，所述网柵透明谐振结构与所述透明介质基板以及所述透明金属网柵层一体成型。
[0010]所述的超材料光学窗，其中，所述网柵透明谐振结构由相互连接的第一微金属网柵构成的十字环和相互连接的第二微金属网柵构成的十字架组成，所述十字架位于所述十字环中间部位。
[0011]所述的超材料光学窗，其中，所述第一微金属网柵和第二微金属网柵的形状独立地选自方格形、圆环形和菱形中的一种或多种。
[0012]所述的超材料光学窗，其中，所述第一微金属网柵和第二金属网柵的材料独立地选自金、银、铜、铝和氧化铟锡中的一种或多种。
[0013]所述的超材料光学窗，其中，所述透明金属网柵层由相互连接的第三微金属网柵组成。
[0014]所述的超材料光学窗，其中，所述第三微金属网柵的形状选择方格形、圆环形和菱形中的一种或多种。
[0015]所述的超材料光学窗，其中，所述第三微金属网柵的材料选自金、银、铜、铝和氧化铟锡中的一种或多种。
[0016]所述的超材料光学窗，其中，所述透明介质基板的材料选自石英玻璃，氟化物红外玻璃，硫化锌，有机玻璃，透明多聚物，蓝宝石和尖晶石中的一种或多种。
[0017]一种超材料光学窗的制备方法，其中，包括步骤：
[0018]提供透明介质基板；
[0019]采用飞秒激光加工技术或准分子加工技术在所述透明介质基板的上、下表面分别刻蚀嵌入呈周期性排列的透明网柵谐振结构和透明金属网柵层，制得所述超材料光学窗。
[0020]有益效果：相对于现有采用氧化铟锡作为谐振层并通过简单叠加的方式制备的透明超材料吸波器，本专利技术提供的超材料光学窗包括多个周期性排列的结构单元，且每个结构单元均由透明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。本专利技术中的网柵透明谐振结构以及透明金属网柵层均是埋藏嵌入在光学窗本体(透明介质基板)的深表面，这使得其在实际应用中难以被剐蹭掉，具有优异的牢固度、耐磨性、耐久性、耐激光损伤以及耐热冲击性等苛刻环境适用性，并且所述嵌入式的网柵透明谐振结构还能在可见以及中远红外波段实现高透性。本专利技术提供的超材料光学窗在1
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18GHz雷达微波波段处能够实现宽波段吸收，吸收率可达到90％以上。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种超材料光学窗的立体图。
[0022]图2为本专利技术一种超材料光学窗的侧面图。
[0023]图3为本专利技术一种超材料光学窗的俯视图。
[0024]图4为本专利技术一种超材料光学窗中透明网柵谐振结构的示意图。
[0025]图5为本专利技术一种超材料光学窗中金属网柵层的示意图。
[0026]图6为本专利技术一种超材料光学窗的制备方法较佳实施例的流程图。
[0027]图7为本专利技术实施例1的一种超材料光学窗在入射电磁波正入射时的吸收率仿真结果图。
[0028]图8为本专利技术实施例1的一种超材料光学窗在中红外区域的透过率测试结果图。
[0029]图9为本专利技术实施例1的一种超材料光学窗在可见
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近红外区域的透过率测试结果图。
[0030]图10为飞秒激光技术制得的微金属网栅结构与常规光刻技术制得的微金属网柵结构的耐磨性能测试结果图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供一种超材料光学窗及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]为了解决现有透明超材料吸波器所存在的不能同时实现微波宽带吸收、可见及红外波段光学高透性、优异的环境耐用性的问题，本专利技术提供了一种超材料光学窗，如图1
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3所示，其包括多个周期性排列的结构单元，每个结构单元均由透明介质基板2、嵌入在所述透明介质基板2上深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超材料光学窗，其特征在于，包括多个周期性排列的结构单元，每个结构单元均由透明介质基板、嵌入在所述透明介质基板上深表面的网柵透明谐振结构、以及嵌入在所述透明介质基板下深表面的透明金属网柵层组成。2.根据权利要求1所述的超材料光学窗，其特征在于，所述网柵透明谐振结构与所述透明介质基板以及所述透明金属网柵层一体成型。3.根据权利要求1所述的超材料光学窗，其特征在于，所述网柵透明谐振结构由相互连接的第一微金属网柵构成的十字环和相互连接的第二微金属网柵构成的十字架组成，所述十字架位于所述十字环中间部位。4.根据权利要求3所述的超材料光学窗，其特征在于，所述第一微金属网柵和第二微金属网柵的形状独立地选自方格形、圆环形和菱形中的一种或多种。5.根据权利要求3所述的超材料光学窗，其特征在于，所述第一微金属网柵和第二金属网柵的材料独立地选自金、银、铜、铝和氧化铟锡中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，董红星，张阳，姜雄伟，
申请(专利权)人：杭州光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：