【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学透明电磁调控及微波吸收领域，特别涉及一种基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗。
技术介绍
1、近年来，从雷达探测、电子侦察、卫星通信到手机通讯、电磁探伤、医疗诊断等，电磁波技术的应用覆盖着从军事国防到人们日常生产生活的各个领域。伴随着电磁波技术的不断发展，电磁波应用波段不断被展宽、发射功率不断增强，造成日益严重的电磁污染问题。电磁污染不仅会对人体健康带来的危害，还会对电子设备造成电磁干扰从而产生系统失效等问题。如何有效利用电磁波，并且避免电磁污染是现代社会发展电子设备不得不考虑的问题，这就急切需要发展电磁调控技术。
2、在防控电磁污染时，不能一刀切的将电磁波完全阻断，需保证工作频段的电磁波透过，而其余波段的电磁波截止，这就是频率选择透射可调技术，若能够根据不同工作场合的需求，通过外部激励灵活调控工作频段的电磁波透过和电磁屏蔽，则能更有效利用电磁波同时方便避免电磁污染，电磁波透射与电磁屏蔽的切换即使一种典型的电磁调控技术。电磁屏蔽技术主要分为反射型和吸收型，吸收型电磁屏蔽技术可以吸收电磁波，将其转换成热能而不返回空间，是最为理想的电磁屏蔽方法，特别是在军事装备的雷达隐身方面，极具应用价值。随着电磁辐射频谱的展宽和雷达探测能力的加强，吸收型电磁屏蔽技术要求具有更宽的有效吸收频带，因此如何同时实现微波透射与宽带吸收型电磁屏蔽切换的电磁调控技术是亟需研究的方向，然而，目前电磁调控技术的一个难点和热点问题是如何应用于需要光学透明的场合，如飞机/卫星/舰船/汽车的光窗、光学仪器光窗和显示面板、电磁隔离室和保密
3、目前已有大量研究集中在光学透明宽带微波吸收器的研究上，如专利202110061244.0、201510448900.7、201510449163.2、201510448954.3、201510448956.2、201510449179.3、201510449150.5、201510448955.8、201510449180.6、201510449164.7、201510448962.8、201510449162.8、201510448956.2、201710989070.8、201610721042.3、202210283488.8、202110095170.2、202111353843.6、202311447599.9、202310909779.8、202010358422.1、202111461350.4、202110514900.8、201610408829.4、202211638639.3、202011204158.2、202110243533.2、202111595371.5、201811205797.3、202111487303.7、201820695006.9、202311489147.7、202010448775.0、202220190086.9、202210181426.6、202210525282.1、202210064246.x、202210959553.4、201710269626.6。这些专利均是由单层/多层图案化透明导电膜、单层/多层透明介质和透明屏蔽层构成，透明导电膜包括了氧化铟锡、石墨烯等。在这类吸波器中，若仅采用单层图案，则吸收带宽有限，若采用多层图案，虽然拓宽了吸收频带，但是多层图案会引起透光率的下降。此外，这些吸波器均采用了透明屏蔽层作为背板，无法兼顾微波透射可调的需求。同时，在电磁调控使器件实现微波透射时，为保证工作频率的高微波透射，需要图案层无作用，即器件无吸收，进而使得电磁波完全透过，然而这类吸波器采用的透明导电膜、透明介质和透明屏蔽层均无法通过外部激励改变其特性，因此一旦制备完成，无法更改其吸收特性，难以调控。
4、能够同时实现微波透射与微波吸收调控的器件非常少见，现有电磁调控方面的研究主要能够实现吸收特性的调控，即可调吸波器，其主要分为三类。第一类是机械可调法，通过机械拉伸或者压缩改变吸波器的结构尺寸，进而改变吸波器的吸收性能，如专利202111188555.x、201510050152.7等。然而目前并无光学透明可逆形变的材料，且材料反复多次拉伸/压缩会严重影响材料的形变恢复能力，因此此类方法的实际用受限且无法在光学波段使用。第二类是集总元件法，在吸波器的谐振层引入集总元件，通过改变施加在集总元件上的偏置电压，使其电阻、电感、电容值发生改变，进而影响结构的等效电阻、等效电感和等效电容，如专利202311215015.5、201810626249.1、201310121183.8、201610220782.9、201711111749.3等。由于集总元件难以在透明介质和透明导电膜上焊接，因此此类结构通常由fr4等介质基板和图案化金属层组成，导致此类吸波器的吸收带宽有限，通常利用集总元件实现吸收峰值频率的调谐。除此之外，集总元件本身不透明且需要复杂的馈电网络，即使其能焊接在透明介质上也难以在光学透明领域中应用。第三类是主动调控材料法，随着材料学的广泛发展，已发现多种材料可通过改变外界条件(如电压、温度、光强、磁场强度、应力等)来改变材料的特性。这类主动控制材料已成为可调吸波领域的热点之一。其中，最为常见的是基于石墨烯的可调吸波器和基于相变材料的可调吸波器。专利201610139332.7、201910188481.6、201911109896.6、201911425898.6、202010648804.8、202010648846.1、201710954128.5、201810060896.0、201810801871.1、202110444168.1、202210912700.2、201610592098.3、201711447640.7、201810425436.3、201811229456.x、201820719235.x、201921949069.3、202010218738.0、202011331523.6、202110621719.7、202110465365.1、202210209745.3、202210842501.9、202211362929.x是工作在thz波段的石墨烯可调吸波器，其利用了石墨烯在太赫兹波段的可调金属特性，通过改变石墨烯的化学势实现吸收性能的调谐，然而，石墨烯在太赫兹波段和微波段的特性差别较大，其在微波段仅能实现方阻特性，因此无法将类似的吸波器应用于微波段。专利201910887551.7、201610895771.0、201710523269.1、202011498478.3、202110243533.2、202410058296.6是工作在ghz波段的石墨烯可调吸波器，与太赫兹波段的可调吸波器不同，ghz波段的石墨烯可调吸波器均利用了石墨烯/浸润隔膜/石墨烯的三明治结构，通过通电改变石墨烯界面的载流子浓度，进而影响石墨烯的化学势，此方法依赖于浸润隔膜和离子液体的存在，浸润隔膜仅能实现可见光波段的透明(如专利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述光窗包括由上至下依次堆叠的前透明介质层(3)、可变谐振层(4)、中间透明介质层(6)和可变透射层(7)；所述可变谐振层(4)是在中间透明介质层(6)上表面由相变材料组成的谐振单元(10)阵列排布构成；所述相变材料是指可在外部激励驱动下实现绝缘态到金属态可逆变化的材料；所述谐振单元(10)为贴片形状或贴片环形状，贴片形状或贴片环形状与相邻单元的贴片形状或贴片环形状无重叠部分；所述可变透射层(7)是集成相变材料的透明谐振单元(71)阵列排布构成，集成相变材料的透明谐振单元(71)包含1片透明孔径型谐振图案(72)、1片透明贴片型谐振图案(73)和不少于1片的相变材料连接片(74)，透明贴片型谐振图案(73)嵌套在透明孔径型谐振图案(72)的孔径内，且透明孔径型谐振图案(72)和透明贴片型谐振图案(73)的图案中心重合且图案无重叠部分，相变材料连接片(74)将透明孔径型谐振图案(72)和透明贴片型谐振图案(73)连接，且连接处相变材料连接片(74)与透明孔径型谐振图案(72)或透明贴片型谐振图案(73)有重叠，重叠宽度不小于1
2.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：在前透明介质层(3)侧依次平行配置单层或多层的增透膜A(2)和单层或多层的保护层A(1)；在可变谐振层(4)和可变透射层(7)上侧平行配置的黏连层；可变透射层(7)下侧依次平行配置单层或多层的增透膜B(8)和单层或多层的保护层B(9)。
3.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述前透明介质层(3)厚度与中间透明介质层(6)厚度之比大于三分之二并小于三分之四。
4.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述相变材料包括氧化钒、二氧化钒、五氧化二钒、掺杂钒的二氧化钒、掺杂钨的二氧化钒、掺杂镁的二氧化钒；所述相变材料的厚度大于50nm。
5.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述贴片形状包括偶极子形、方形、五边形、六边形、七边形、八边形、十边形、圆形、Y形、花瓣形、四角星形、十字形、耶路撒冷形、锚形。
6.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述贴片环形状包括偶极环子形、方环形、五边环形、六边环形、七边环形、八边环形、十边环形、圆环形、Y环形、花瓣环形、四角星环形、十字环形、耶路撒冷环形、锚环形。
7.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述前透明介质层(3)和中间透明介质层(6)可以为任意透明材料，所述透明材料能够作为满足使用场合要求的透明光窗材料。
8.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述透明孔径型谐振图案(72)和透明贴片型谐振图案(73)所用透明导电膜可以为任意透明强微波屏蔽材料，所述透明强微波屏蔽材料能够作为满足使用场合要求的透明材料并且具有强的微波屏蔽能力。
9.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述的外部激励驱动包括光、温度、电场、磁场、应力。
...【技术特征摘要】
1.基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：所述光窗包括由上至下依次堆叠的前透明介质层(3)、可变谐振层(4)、中间透明介质层(6)和可变透射层(7)；所述可变谐振层(4)是在中间透明介质层(6)上表面由相变材料组成的谐振单元(10)阵列排布构成；所述相变材料是指可在外部激励驱动下实现绝缘态到金属态可逆变化的材料；所述谐振单元(10)为贴片形状或贴片环形状，贴片形状或贴片环形状与相邻单元的贴片形状或贴片环形状无重叠部分；所述可变透射层(7)是集成相变材料的透明谐振单元(71)阵列排布构成，集成相变材料的透明谐振单元(71)包含1片透明孔径型谐振图案(72)、1片透明贴片型谐振图案(73)和不少于1片的相变材料连接片(74)，透明贴片型谐振图案(73)嵌套在透明孔径型谐振图案(72)的孔径内，且透明孔径型谐振图案(72)和透明贴片型谐振图案(73)的图案中心重合且图案无重叠部分，相变材料连接片(74)将透明孔径型谐振图案(72)和透明贴片型谐振图案(73)连接，且连接处相变材料连接片(74)与透明孔径型谐振图案(72)或透明贴片型谐振图案(73)有重叠，重叠宽度不小于150nm，以确保两者可靠连接；所述透明孔径型谐振图案(72)是指在单元大小的透明导电膜上挖去贴片形状构成，透明贴片型谐振图案(73)由透明导电膜组成贴片形状构成，透明孔径型谐振图案(72)挖去的贴片形状各方向均大于透明贴片型谐振图案(73)的贴片形状以保证透明贴片型谐振图案(73)可嵌套在透明孔径型谐振图案(72)的孔径内；所述基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗在相变材料为绝缘态时，可变谐振层(4)无谐振，可变透射层(7)频率选择高微波透射，光窗整体高微波透射，而相变材料为金属态时，可变谐振层(4)有谐振，可变透射层(7)强电磁屏蔽，光窗整体宽带微波吸收。
2.根据权利要求1所述的基于相变材料的高透光多功能电磁调控光窗，其特征在于：在前透明介质层(3)侧依次平行配置...
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