兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构制造技术

一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，属于红外电磁波束控制超材料、电磁吸波材料领域。所述红外电磁周期结构包括衬底，以及位于衬底之上的、M

【技术实现步骤摘要】
兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构


[0001]本专利技术属于红外电磁波束控制超材料、电磁吸波材料领域，具体涉及一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构。

技术介绍

[0002]红外辐射控制技术在众多领域具有重要的应用价值，尤其在分子生物传感、辐射制冷、红外信息探测及通讯、军事红外伪装等方面战略意义重大。相较于传统红外辐射控制材料，基于微纳结构的红外电磁超材料由于结构设计多样化，可实现的功能愈发的多样化、集成化。目前应用于红外伪装的材料，大多为低发射率涂层或具有选择性吸收功能的电磁超材料，通常仅具备对目标自身发射率的控制特性，无法实现对目标体发射率的动态调控及红外探测光束(波长为10.6μm的中红外光)的异向偏转。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，包括衬底，以及位于衬底之上的、M
×
N阵列排列的多功能结构单元；
[0006]所述多功能结构单元由K个1
×
K排列的单元组成，所述单元的相位补偿值自左向右从2π/K到2π、以2π/K的间隔等间距依次递增设置，所述单元包括自下而上依次设置的金属衬底层1、第二相变材料层2、低折射率低损耗电磁匹配层3、高折射率低损耗电磁匹配层4和第一相变材料层5；
[0007]每个单元中，金属衬底层1的长为16.8μm、宽为4.4μm，第二相变材料层2的长为16.8μm、宽为4.4μm，低折射率低损耗电磁匹配层3的长为16.8μm、宽为4.4μm，高折射率低损耗电磁匹配层4的长b为3.6μm、宽a为1.1μm，第一相变材料层5的长b为3.6μm、宽a为1.1μm。
[0008]其中，M为大于或等于4的整数，K为大于或等于4的整数，N为大于1的整数。
[0009]进一步的，所述金属衬底层1为Ag、Au、Al等，厚度为0.1μm。
[0010]进一步的，所述第一相变材料层5和第二相变材料层2采用相对介电常数随温度的变化而变化的材料，具体为VO2材料，其在室温下呈现介质态、在高温下相变为金属态。所述第一相变材料层5的厚度为0.1μm，第二相变材料层2的厚度为0.3μm。
[0011]进一步的，所述低折射率低损耗电磁匹配层3采用折射率为2.5、且损耗角正切值低于0.01的材料，具体为Si、MgF2，厚度为0.26μm。
[0012]进一步的，所述高折射率低损耗电磁匹配层4采用折射率为5、且损耗角正切值低于0.01的材料，具体为PbTe，厚度为0.8μm。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0014]1、本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，
通过高折射率低损耗电磁匹配层实现探测光束的异向偏转，同时，采用多层介质的结构，在常温下实现了3
‑
14μm波段的低发射率(等效发射率为0.34)，有效降低了目标体被探测的概率，满足军事领域对红外辐射抑制要求。
[0015]2、本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，通过引入对温度敏感的相变材料氧化钒，利用其在高温相变后的金属相特性，采用金属
‑
介质
‑
金属的结构，实现了3
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14μm波段发射率动态调制，在高温下具有较高的电磁损耗并在中红外波段(3μm
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14μm)具有较高的发射率(等效发射率为0.92)，满足了对目标体的辐射降温效果。
[0016]3、本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，采用两层相变材料层，在高温状态下，两层相变材料层(2和5)发生相变，由红外低损耗介质态变为红外高损耗的金属态，此时第一相变材料层5和第二相变材料层2带来的介质损耗增加，且该损耗为驻波损耗，具有宽带效应。同时，相变后的第一相变材料层5可视为金属层，此时，该结构自上而下可视为金属(层5)
‑
介质(层4、3)
‑
金属(层2、1)的“三明治”结构，该结构中金属层(层5、2、1)的上下表面激励出反向平行的电流。在外界电磁场的作用下，反向平行流动的电流以及中间介质层中的位移电流构成了一个闭合电流环路。闭合电流环路中的感应磁通量在外界时谐电磁场的作用下不断的变化并产生感应电动势。这一感应磁场与外界磁场共同作用产生了强烈的磁谐振，使得结构中的局域磁场强度得到了极大的增强。此时该结构利用其强烈的磁谐振所产生的损耗，进一步增强了电磁周期结构的吸收率/发射率。综上，本专利技术采用两层相变材料层，可实现在高温下中红外波段具有宽带且较高发射率的效果。
[0017]4、本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，金属衬底层1、第二相变材料层2和低折射率低损耗电磁匹配层3为连续薄膜，高折射率低损耗电磁匹配层4和第一相变材料层5为位于薄膜之上的长方体，不同旋转角的长方体带来的空间相位补偿与极化选择性(LCP极化波与RCP极化波)赋予了该结构对红外探测光束(波长为10.6μm的中红外光)的交叉极化反射波的异向反射特性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构的单元结构示意图；
[0019]图2为本专利技术提供的一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构的示意图，其中θ角为相位补偿结构(低折射率低损耗电磁匹配层3、高折射率低损耗电磁匹配层4和第一相变材料层5)的旋转角，对应补偿相位为2θ；
[0020]图3为一维条件下实施例提供的兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构中，1个单元的电磁波极化转换率(PCR)及反射相位图；其中，(a)入射波为LCP模式时的极化转换率，(b)入射波为LCP模式时，反射波为其交叉极化波RCP的反射相位；
[0021]图4为一维条件下实施例提供的兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构对波长为10.6μm的交叉极化反射波束电场分布图；
[0022]图5为实施例的兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构在3
‑
14μm范围的发射率可调辐射光谱图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。
[0024]实施例
[0025]如图1和图2所示，为实施例提供的兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构；包括衬底，以及位于衬底之上的、4
×
2阵列排列的多功能结构单元；多功能结构单元由4个1
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4排列的单元组成，4个单元的相位补偿值自左向右依次为π/2，π，3π/2，2π，所述单元包括自下而上依次设置的金属衬底层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，其特征在于，包括衬底，以及位于衬底之上的、M
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N阵列排列的多功能结构单元；所述多功能结构单元由K个1
×
K排列的单元组成，所述单元的相位补偿值自左向右从2π/K到2π、以2π/K的间隔等间距依次递增设置，所述单元包括自下而上依次设置的金属衬底层(1)、第二相变材料层(2)、低折射率低损耗电磁匹配层(3)、高折射率低损耗电磁匹配层(4)和第一相变材料层(5)。2.根据权利要求1所述的兼具发射率可调及波束异向反射功能的红外电磁周期结构，其特征在于，每个单元中，金属衬底层(1)的长为16.8μm、宽为4.4μm，第二相变材料层(2)的长为16.8μm、宽为4.4μm，低折射率低损耗电磁匹配层(3)的长为16.8μm、宽为4.4μm，高折射率低损耗电磁匹配层(4)的长为3.6μm、宽为1.1μm，第一相变材料层(5)的长为3.6μm、宽为1.1μm。3.根据权利要求1所述的兼具发射率可调及...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩珩，王茂人，刘彦宁，康同同，张丽，张林博，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：