光子晶体红外隐身材料研究进展

红外探测在军事中已广泛应用。如何降低军事目标被红外探测和发现的几率已成为一个亟待解决的问题。光子晶体作为一种新型的人工结构材料,因其具有光子禁带的高反射、低辐射特性,在红外隐身领域具有广阔的应用前景。简述了光子晶体的基本概念和主要特性,重点介绍了国内外可用于红外隐身领域的光子晶体的研究状况。     

中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅（SiO2）微球组装形成三维有序胶体晶体模板。以锗烷（GeH4）为先驱体气,用等离子增强化学气相沉积法向胶体晶体的空隙中填充高折射率材料Ge。酸洗去除二氧化硅微球,得到Ge反蛋白石三维光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅立叶变换显微红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分和光学性能进行了表征。结果表明：Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀,得到的锗为多晶态,锗反蛋白石为三维有序多孔结构。锗反蛋白石的测试光谱图有明显的光学反射峰,表现出光子带隙效应。测试的完全光子带隙位于中红外3.4µm处,测试的光学性能与理论计算基本吻合。     

光子晶体及其自组装制备

自从理论计算指出金刚石结构具有完全光子带隙以来，三维光子晶体的理论研究和实验制作一直受到高度重视。光子晶体的制备方法总体上可分为两大类：微制作法和自组装法。前者适合于制备微波、远红外及近红外波段的光子晶体，后者制备近红外、可见或更短波段的光子晶体具有独特的优势。简述了光子晶体的概念和基本特征，并对三维光子晶体的自组装制备方法进行了综述。     

光子晶体及其自组装制备

自从理论计算指出金刚石结构具有完全光子带隙以来,三维光子晶体的理论研究和实验制作一直受到高度重视。光子晶体的制备方法总体上可分为两大类:微制作法和自组装法。前者适合于制备微波、远红外及近红外波段的光子晶体,后者制备近红外、可见或更短波段的光子晶体具有独特的优势。简述了光子晶体的概念和基本特征,并对三维光子晶体的自组装制备方法进行了综述。     

光子晶体隐身应用分析

激光隐身和红外隐身的兼容是现代战场的迫切需求,但是二者对材料的要求是相互制约的,利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决这一难题。利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了设计的掺杂ZnSe的CdSe/SiO2光子晶体薄膜的反射、透射和吸收光谱,计算结果表明掺杂光子晶体能够很好的满足热红外与1.06μm或10.6μm激光隐身兼容的要求。指出掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射,并不满足激光隐身的实际要求,解决方法是在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料,从而把缺陷能级透过的激光吸收掉。     

基于光子晶体结构的双红外隐身涂层设计

为减少目标暴露,针对红外探测器3 000~5 000 nm和8 000~14 000 nm的工作波长,选用常见的LiF和Si为介质,并在考虑各自色散关系的基础上,设计了具有光子晶体结构的隐身射涂层。结果表明:当两介质各取4层、其几何厚度分别为1 400 nm和870 nm时,涂层分别在8 000~14 000 nm和3 000~5 000 nm的范围内有一个主、次带隙,主带隙的透射率为零,而次带隙中有两个尖锐的透射峰。当两介质的几何厚度增加,带隙红移,宽度增加,次带隙的平均透射率也增加,反之亦然。当涂层层数为6时,该涂层已在上述波长范围内形成了相应的带隙,介质层数再增加,带隙没有实质性的变化。对于角度入射涂层具有较好的角度宽容度。该结构的涂层可用于重要目标的红外隐身。     

光子晶体及其自组装制备方法的进展

光子晶体是将两种或两种以上介质材料排列成具有光波长量级的一维、二维或三维周期结构的人工晶体.由于光子晶体具有光子带隙、光子局域等特性,所以它具有巨大的应用前景.简述了光子晶体的主要特征,重点介绍了三维光子晶体的自组装方法.     

基于一维光子晶体的目标红外辐射特性控制

随着红外目标探测和精确制导技术的广泛应用,传统军事目标面临严峻的生存压力。为此,各主要军事强国采取多种措施,竞相发展目标红外辐射特性控制技术,以降低被红外探测系统捕获的概率,达到红外隐身目的。光子晶体是一种人工超颖材料,可以根据需要,通过灵活地设计其结构,改变光子在其中的传输特性。文中运用一维光子晶体带隙理论,设计了一种控制目标红外辐射特性的结构,详细给出了设计方法。计算结果表明对3~5μm和8~12μm两个红外大气传输窗口,该结构对红外辐射的抑制最高可分别达到29和21dB,具有很好的红外辐射特性控制性能。本文所述方法除为飞行器提供红外隐身设计参考外,还可用于攻防对抗仿真中红外隐身目标特性的模拟。     

国内外红外隐身材料研究进展

从红外探测系统的探测方法和Stefan-Boltzmann定律两个方面分析红外隐身材料的隐身原理,得出红外隐身的主要措施有降低目标表面红外发射率和控制目标表面温度。综述了低发射率涂层材料、控温涂层材料、智能隐身材料和生物仿生隐身材料等四种红外隐身材料近几年的国内外研究现状。指出了目前红外隐身材料研究存在的问题,在此基础上,展望了红外隐身材料未来的发展方向。     

大面积三维光子晶体的制备与分析

采用中心带孔的多光楔棱镜产生多光束干涉图案 ,利用光诱导法在掺铁铌酸锂晶体中制作多种包括 光子准晶在内的大面积三维光子晶体。介绍了制作装置和实现方法,观测了两种光子晶体微 结构正面及侧 面结构特点,同时拍摄了光子晶体的布里渊区图。通过仿真计算定量分析光子晶体,详细分 析了三维结构 的周期性变化特点。提出通过改变光楔楔角角度实现对三维光子晶体周期的控制。利用布拉 格反射实验验证所做三维光子晶体的周期性,并测量了晶面间距。     

飞机红外隐身技术研究

随着红外探测技术和精确制导武器的发展,飞机要想在日益复杂的战场环境中保持和提高生存能力,必须综合采取各种隐身措施。针对飞机的红外辐射特征、辐射机理展开探讨,对飞机的红外隐身措施进行了总结。最后,结合国外的红外隐身技术和隐身材料的发展现状,展望了未来红外隐身技术的发展趋势。     

不同结构三维光子晶体完全带隙及传输模式的研究

基于三维光子晶体在传输器件、通讯信息传输、光子晶体滤波器等方面的应用,设计了金刚石结构、面心立方结构和木堆结构构成的三维光子晶体结构,应用平面波展开发计算了三种结构随填充率变化时带隙的变化规律。结果表明,金刚石结构出现较大的带隙率,面心立方结构不易出现较大带隙率,而木堆结构会在较大的一个范围出现完全带隙结构。为三维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

自适应红外隐身系统的可行性分析

自适应红外隐身系统通过获取背景的红外辐射分布,实时改变自身的红外辐射分布从而与背景相一致。在此过程中,背景的红外辐射分布是被目标所遮挡住的背景,这部分背景随着观察点的改变而改变,如何准确地获取背景的红外辐射分布,关系到整个系统的隐身效果。本文在背景获取过程模型的基础上,结合模型参数的实际获取精度,对背景获取结果进行了误差分析,得到各参数对背景获取结果的影响,通过分析不同初始参数下的误差得到了实现完全隐身的最小距离,对比目前探测技术的作用距离,得出自适应红外隐身技术能够有效地降低被识别的概率。     

光波在三维光子晶体中定域化特性的数值研究

基于Mie散射理论和低浓度近似,对锗蛋白石类光子晶体中的光子定域化现象进行了研究,数值揭示了入射波长、散射体大小和基质折射率对定域化参量的影响规律。结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8,在中红外区3um~12um范围内出现了理想的定域化现象;随着入射波长的增大,定域化区所对应的散射体半径增大,定域化参量减小;同时,基质折射率的增大导致退定域化现象。     

一维光子晶体的全向反射特性

利用传输矩阵方法研究了一维光子晶体的全向反射特性.研究表明,光子晶体的结构参数对全向反射带的产生影响很大.要提高光子晶体的全向反射带带宽,必须增大两种介质的折射率及它们的高低折射率比值,同时使低高折射率层的光学厚度比接近0.85.研究结果对全介质反射器的设计具有指导意义.     

基于频率选择表面的双大气窗口红外隐身研究

为实现双大气窗口红外隐身,提出了一种新型双阻带频率选择表面(FSS).该结构由三层材料组成:金属四个多路交叉十字型谐振器、金属井字型结构、中间由介质层隔开.仿真结果表明,对于垂直入射波,所提出的双阻带FSS在两个大气窗(3. 0～5. 0μm和8. 0～14. 0μm)内具有较高的反射率,并且透射率被抑制到0. 1以下.研究了入射角、周期大小及介质厚度等对反射率和透射率的影响.在φ=0°时,TE和TM波在的宽入射角θ范围内均显示出良好的传输稳定性.通过FSS在谐振频点的电场及表面电流的分析结果发现,3. 0～5. 0μm的反射是由于电谐振引起的而8. 0～14. 0μm的高反射是由于电谐振与磁谐振共同引起的.     

可调谐光子带隙晶体的研究进展

近几年来,人们对可调谐光子晶体的兴趣日益增长,并且实际光子器件的应用推动着动态调谐方法的进一步发展。本文主要从光子带隙晶体的调谐机制、调谐途径、所用材料等方面,综述了可调谐光子晶体的研究进展。系统介绍了利用外部应力、电场、磁场、温度等激励,控制晶体结构参数的变化,实现光子带隙的改变;还介绍了通过控制介电材料来改变光子带隙,主要介绍了液晶材料、电光材料等几种常用的材料。比较了不同调谐方法的特点。最后分析了光子晶体带隙调谐的进一步研究方向。