【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学隐身领域，涉及属于微纳光子学在隐身领域中的应用，具体公开了一种红外宽带隐身超表面的设计方法。
技术介绍
1、近年来，由于电子信息技术的不断发展，各种探测能力与制导手段也随之不断升级演化。为提升军用目标的生存能力和反侦测手段，研究出更简单、更高效的隐身技术是我们不断追求的目标。超表面材料作为21世纪逐渐发展的新手段，是由人工设计且具有周期性结构的单元阵列组合。基于这些由人工设计的特殊结构能够实现零折射率、负折射率等材料，具有“薄、轻、宽、强”等优点，在隐身、电磁防控、超透镜等领域有着出色的表现。
2、多波段兼容的红外隐身主要是基于对材料红外发射率的调控设计，通过对材料结构进行合理的设计，在大气窗口3μm～5μm和8μm～14μm波段实现低的辐射率，在非大气窗口5μm～8μm波段达到高的辐射率进行辐射散热，维持热稳定性。由于实际的需要，还要兼顾材料在高温环境的热稳定性，但传统的超材料无法在高温环境中维持热稳定性，工作效率低下，导致光学隐身的实现道路依然漫长而艰辛。
3、基于上述分析，一种制备简易、可集成、稳定的红外隐身材料成为新的追求目标。
技术实现思路
1、鉴于上述不足，本专利技术提供了一种实现红外宽带隐身超表面的方法，主要针对现有领域出现的发射率低、物体散热难，进一步导致温度升高、工作效率下降；且大多数超材料无法在实际高温环境下工作的问题。本专利技术是通过如下技术手段实现的：
2、一种红外宽带隐身超表面结构，包括：
4、所述金属层选用耐高温材料金(au)；介电层选用聚酰亚胺(pi)。
5、进一步地，所述衬底选用无掺杂硅。将其选为衬底材料有以下优点：首先，硅在2.5～15μm波长范围内的透过率高于90％，可以提供高的透过率，有利于将中红外波段的信号有效地传递到探测器上；其次，硅的机械强度高，它是一种硬度高、强度大的材料，具有良好的机械强度和稳定性，因此可以在制造过程中提供高的精度和稳定性；最后，硅成本较低，而且硅衬底具有良好的加工性能和可重复性，可以实现规模化生产。
6、进一步地，所述红外宽带隐身超表面结构由不同尺寸的4个子单元整列排布而成，通过对单个子单元的仿真，调整单个子单元尺寸、各层厚度、环径、排布方式，计算不同情况下的光入射情况的吸收谱。
7、进一步地，根据电磁波的传输规律可知，当入射电磁波传输到电磁吸收结构的表面时，会有部分电磁波在分界面上被反射，部分电磁波进入结构被吸收，剩余部分电磁波会穿透结构，即会发生反射、吸收和透射这三种主要现象。结构的吸收率取决于该结构的反射率和透射率，三者之间的关系为：
8、a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)
9、只有当反射率r(ω)和透射率t(ω)均为零，即a(ω)＝1，超材料可以实现对入射电磁波进行完美吸收。通过优化调整超材料单元结构的尺寸，可以对超材料的电磁响应进行灵活调控，使超材料的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，即使z(ω)＝1。此时入射电磁波在自由空间与材料界面处的反射最小。此外，电介质层的材料应具有足够大的折射率虚部，从而对入射到材料内部的电磁波进行衰减损耗，降低材料对入射电磁波的透射率。
10、进一步地，根据结果确定每个子单元的结构尺寸，要求每个子单元在谐振波长的吸收率大于80％。
11、进一步地，结合整理好的吸收谱进行组合和叠层设计。选择四个子单元构成一定完整的周期结构，并且每个子单元进行双层设计，使得在吸收光谱在5-8um处吸收谱线更为平滑。定义入射光为3-12um的平面波正入射，x、y方向均设置为周期性边界，垂直方向设置为完美匹配层，模拟电磁波在反射传播过程中被吸收的情况，减少仿真计算量。
12、进一步地，继续优化结构设计，提升宽带吸收效率，在3-5um及8-12um平均吸收率低于20％，5-8um平均吸收率高于87％，最终确定一种实现红外宽带隐身超表面。
13、进一步地，对确定好的超表面结构进行仿真，得到在不同角度入射下的光场吸收情况。
14、本专利技术还提供了一种上述红外宽带隐身超表面结构的制备方法，包括以下步骤：
15、1)在衬底上通过物理沉积的方法均匀沉积形成厚度一致的金属底层；
16、2)在金属底层上通过物理沉积的方法均匀沉积形成厚度一致的中部介质层；
17、3)在中部介质层上方放置微结构模板，该微结构模板为板状结构，其贯穿开设有若干通孔，该通孔按照预设方式阵列排布，且通孔的形状及尺寸对应与所述金属微结构相匹配；随后自所述微结构模板的上方在所述中部介质层上通过物理沉积的方法均匀沉积，除去微结构模板后得到厚度一致的金属微结构层；
18、4)在金属微结构层上通过物理沉积的方法均匀沉积形成厚度一致的顶部介质层。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、本专利技术所述方法上下两个金属层采用传统材料金(au)。金作为超表面的金属阵列材料，首先，金是一种优秀的电导体，具有高电导率，这使得金属阵列中的电流能够在金属表面自由流动，从而实现超表面的调制和控制，高电导率也有助于减小金属阵列的损耗和提高其传输效率。其次，金属阵列在使用过程中需要具备一定的耐腐蚀性，以保证其性能和稳定性，金在大气中不易氧化，不会生锈，因此在超表面中使用金作为金属材料可以保证其长期稳定性。介电层使用耐高温高分子材料聚酰亚胺(pi)，pi作为一类综合性能优异的聚合物材料，具有较高的温度稳定性，能耐受低温、长期高温工作稳定性、高绝缘性能，可适用于航空航天等应用场景。两种材料具有高耐热性以及良好的综合性能。能够在高温环境下可以表现出优异的热稳定性和抗氧化性。
21、本专利技术所述方法采用结构相对简单，底部金属和介电层为正方体结构，顶部金属层采用空心圆柱设计。该结构可以根据需求按一定组合调控反射光场，能够实现灵活光学控制和应用。入射电磁波能否与谐振腔产生共振与谐振腔的尺寸有很大关系，通过限定金属圆盘的尺寸，可充分提高谐振腔与入射电磁波的匹配效果，有效提高吸收效果。
22、本专利技术所述方法采用结构具有中心对称性，从而实现对不同极化的入射的平面波表现不敏感，同时能实现对于±30°角度内入射光能有良好的吸收效果。
23、本专利技术基于微纳结构参数变化来调控光场，有较好的波长选择性和调制性能。能通过参数调整进一步实现更大波长范围的隐身结构设计，为光学技术的发展带来新的可能性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种红外宽带隐身超表面结构，包括：
2.根据权利要求1所述的红外宽带隐身超表面结构，其中：
3.根据权利要求2所述的红外宽带隐身超表面结构，其中：
4.根据权利要求1所述的红外宽带隐身超表面结构，其中：
5.一种根据权利要求1～4任一所述红外宽带隐身超表面结构的制备方法，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中：
【技术特征摘要】
1.一种红外宽带隐身超表面结构，包括：
2.根据权利要求1所述的红外宽带隐身超表面结构，其中：
3.根据权利要求2所述的红外宽带隐身超表面结构，其中：
4....
【专利技术属性】
技术研发人员：张中原，陈方舟，隋修宝，李宁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。