基于相变材料Ge制造技术

本发明专利技术涉及一种基于相变材料Ge

【技术实现步骤摘要】
基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重构超表面隐身斗篷
本专利技术涉及电磁波隐身的相关
，具体为一种基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重构超表面隐身斗篷。
技术介绍
随着科技的发展，隐身逐步从一种简单、朴素的视觉“欺骗”手段，走向一种精准化、系统化的现代技术体系。通过合理设计电磁参数，隐身技术能够灵活地调控电磁波的传播与散射，降低被隐身物体的可探测性，因此在军事领域尤为重要。传统的隐身技术主要包含吸波或定向散射隐身，拟态隐身，干扰欺骗隐身等。然而吸波或定向散射隐身仅适用于单基站雷达隐身；拟态隐身只能静态调整材料的散射，无法适应不同背景环境所带来的变化；干扰欺骗隐身无法将物体散射调整为任意某个特定的非零值，以此来欺骗探测器等。因此上述隐身技术均不能实现真正意义上的完美隐身。理想的隐身衣原理不是吸波而是改变电磁波的传播路径，即电磁波绕过被隐身的物体后仍按原来的路径传播。这种情况下，电磁波照射到物体上，该物体“貌似不存在”，进而实现完美隐身。目前主要有两种电磁波隐身的方法，其一是基于散射相消原理：通过在球形或柱形散射体外部包裹一层相对介电常数小于1的外壳，来抵消散射体基模的散射，使被罩物体的总散射截面显著下降，达到隐身效果。虽然结构简单，但利用散射相消法设计的超薄隐身衣，只适用于亚波长尺寸的物体，当物体的尺寸大于波长时，高次模分量对散射场的影响增大，会大大增加设计的复杂度，实验实现非常困难。另一种方法是Pendry提出的变换光学法：利用麦克斯韦方程组的度量不变性和坐标变换法，在实空间中创造一个“洞”，使光线平整地绕过这个“洞”达到隐身，但由于对构筑的超材料要求苛刻，普遍存在尺寸较大，难以制备，带宽窄等短板，实际应用受到了一定的限制。近几年，随着微纳加工技术的不断成熟，一种新型波前调控元件—光学超构表面被提出并得到了迅猛发展。超表面(Metasurfaces)，也称二维超构材料，其本质特征是利用超构表面单元结构与入射电磁波耦合产生相位空间变化来调控波阵面，是一种基于亚波长各向异性结构的功能膜层器件。由于可在平面化亚波长结构内产生异常相位突变，同时兼具亚波长尺度相位、振幅、偏振任意调控，轻薄、易集成、低损耗、表面可共形设计等诸多优点，因此为包括大口径平面成像、电磁隐身、电磁虚拟赋形、大视场全息显示等应用提供了有效手段。超表面隐身是最近几年随着超表面材料研究的兴起而提出的一种全新的设计隐身斗篷或隐身衣的新思路。它既保留了超材料的奇异特性，又克服了三维超材料损耗高、加工难、不易集成等困难。相比三维超材料，利用超表面实现的隐身衣，在设计过程不涉及复杂的材料参数，具有质量轻、厚度小、易加工、易共形等优势，因此引起研究学者的广泛关注。但受材料自身光学性质的色散影响以及设计原理的限制，现有超表面隐身斗篷性能难于动态调谐，工作带宽有限，入射角域狭小，且严重依赖入射波的激发和极化方式，远不能满足现代军事对宽波带、宽角域、全极化、可调谐隐身技术的需求。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的目的是提供一种基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重构超表面隐身斗篷，用以解决现有超表面隐身斗篷面临的工作带宽窄、入射角域狭小、性能不易动态调谐等技术瓶颈。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重构超表面隐身斗篷，其特征在于，包括覆接固定在被隐身物体表面的W行×V列的可重构超表面隐身单元，相邻可重构超表面隐身单元之间无缝固定拼接；所述的可重构超表面隐身单元包括下层的边长为p的正方形金属基底层，中层的电介质层和上层的金纳米天线，所述的金属基底层覆接固定在被隐身物体表面，中层的电介质层由Ge2Sb2Te5薄膜和MgF2薄膜组成，所述的Ge2Sb2Te5薄膜覆接固定在金属基底层的上表面，所述的MgF2薄膜置于Ge2Sb2Te5薄膜上端且MgF2薄膜下表面与Ge2Sb2Te5薄膜上表面紧贴且尺寸完全吻合，上层的金纳米天线固定在MgF2薄膜层上表面，多组金纳米天线构成W行×V列金纳米天线谐振阵列且金纳米天线的几何尺寸满足行相同，每一列金纳米天线的几何尺寸则由其提供的反射相位补偿量决定；反射相位补偿量计算公式如下：式中表示反射相位补偿量，k0＝2π/λ表示入射电磁波波数，hi＝(i-1/2)psinθ表示任一列内第i(i＝1,2,3…W)行金纳米天线的几何中心距离地面的高度，θ＝15°表示隐身斗篷与水平地面的夹角，p表示两个相邻金纳米天线几何中心之间的距离，α表示电磁波入射角度，π表示由于镜面反射引起的相位突变量。优选的，所述的电磁波的入射角度α的取值范围为-25°-25°。优选的，其中所述的红外电磁波的波长λ取值范围为λ＝6920nm～λ＝8220nm。优选的，中层的Ge2Sb2Te5薄膜有结晶态和非晶态两种相态，两态介电常数存在显著差别，且两态之间可相互转换，转换过程中通过控制结晶态与非晶态的不同比例,可实现多级相变，产生多种Ge2Sb2Te5中间相态。优选的，为了实现隐身性能(中心波长)的连续调谐，Ge2Sb2Te5薄膜的结晶度m被控制为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1，其中m＝0表示非晶态Ge2Sb2Te5，m＝1表示结晶态Ge2Sb2Te5。优选的，为了实现隐身性能的“ON”和“OFF”，Ge2Sb2Te5薄膜分别被设置为非晶态和结晶态。优选的，为了达到超薄隐身效果，该隐身斗篷整体厚度值为700nm，仅为所设计工作波长的1/11。优选的，其中下层金属层材质可以采用Au、Ag、Pt中一种制成。本专利技术的有益效果：利用超表面结构中不同尺寸金纳米谐振天线的表面等离激元共振来调制反射波相位的空间分布，可实现对反射波波前的重建，达到伪装隐形的效果。利用Ge2Sb2Te5薄膜独特相变特性调谐隐身斗篷周围介电环境，可实现隐身性能的连续调谐及“ON”和“OFF”。本专利技术超表面隐身斗篷实现了工作带宽较宽、入射角域较大，且性能动态可调谐的完美隐形效果。附图说明图1是Ge2Sb2Te5可重构超表面的结构单元斜视图；图2是Ge2Sb2Te5可重构超表面的结构单元正侧面图；图3是Ge2Sb2Te5可重构超表面的结构单元俯视图；图4是基于Ge2Sb2Te5可重构超表面构建的三角棱形凸起隐身斗篷结构的斜视图；图5是基于Ge2Sb2Te5可重构超表面构建的三角棱形凸起隐身斗篷结构的正侧面图；图6是超表面结构单元反射相位与金纳米天线几何结构尺寸的对应关系图；图7是超表面结构单元反射波振幅与金纳米天线几何结构尺寸的对应关系图；图8是λ0＝7620nm红外电磁波垂直入射至斜面倾角θ＝15°的裸露三角棱形凸起斜面上时，y-z平面的反射电场分布图；图9是λ0＝7620nm红外电磁波垂直入射至斜面倾角θ＝15°的裸露三角棱形凸起斜面上时，反射波的二维及三维远场辐射方向图；图10是λ0＝7620nm红外电磁波垂直入射至被结晶度m＝0的Ge2Sb2Te5可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于相变材料Ge

【技术特征摘要】
1.基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重构超表面隐身斗篷，其特征在于，包括覆接固定在被隐身物体表面的W行×V列的可重构超表面隐身单元，相邻可重构超表面隐身单元之间无缝固定拼接；
所述的可重构超表面隐身单元包括下层的边长为p的正方形金属基底层，中层的电介质层和上层的金纳米天线，所述的金属基底层覆接固定在被隐身物体表面，中层的电介质层由Ge2Sb2Te5薄膜和MgF2薄膜组成，所述的Ge2Sb2Te5薄膜覆接固定在金属基底层的上表面，所述的MgF2薄膜置于Ge2Sb2Te5薄膜上端且MgF2薄膜下表面与Ge2Sb2Te5薄膜上表面紧贴且尺寸完全吻合，上层的金纳米天线固定在MgF2薄膜层上表面，多组金纳米天线构成W行×V列金纳米天线谐振阵列且金纳米天线的几何尺寸满足行相同，每一列金纳米天线的几何尺寸则由其提供的反射相位补偿量决定；
反射相位补偿量计算公式如下：



式中表示反射相位补偿量，k0＝2π/λ表示入射电磁波波数，hi＝(i-1/2)psinθ表示任一列内第i(i＝1,2,3…W)行金纳米天线的几何中心距离地面的高度，θ＝15°表示隐身斗篷与水平地面的夹角，p表示两个相邻金纳米天线几何中心之间的距离，α表示电磁波入射角度，π表示由于镜面反射引起的相位突变量。


2.根据权利要求1所述的基于相变材料Ge2Sb2Te5的可重...

【专利技术属性】
技术研发人员：许军伟，田喜敏，丁佩，杨鹏，许坤，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：河南;41