基于光子晶体的红外光与激光兼容伪装材料结构设计

基于光子晶体结构,利用薄膜光学特征矩阵法,通过计算由碲化铅和氟化钡构建的一维光子晶体复合结构的反射谱和透射谱,研究实现近、中、远红外光与波长为1.060μm和10.600μm的激光兼容伪装的可行性,并通过计算该光子晶体横电波(TE波)和横磁波(TM波)的全向带隙图,探讨入射光入射角变化对光子晶体结构带隙的影响。研究结果表明:经优化设计的一维光子晶体复合结构在入射光正入射时,可以实现近、中、远红外光与波长为1.060μm和10.600μm波长激光的良好兼容伪装;无论是TM波还是TE波,当入射角增大时,在1~5μm和8~14μm的红外波段仍能保持良好伪装效果,但缺陷位置会向短波方向移动,激光伪装效果降低。

一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料

光子晶体作为一种新型人工结构功能材料,基于其光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装。选择红外波段透明的薄膜材料A、B,设计出在中远红外波段具有高反射禁带的光子晶体,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了反射光谱。通过构造异质结构光子晶体,实现了光子带隙的展宽,该结构光子晶体基本上实现了中远红外双波段的高反射,在2.94~5.06μm和7.66~11.98μm波段的光谱反射率接近为1;在2.91~5.12μm和7.62~12.29μm波段的光谱反射率大于95%,较好地满足了中远红外双波段兼容伪装的要求。倾斜入射时光子晶体的TM波和TE波的反射光谱是不同的,随着入射角度的增加,TM波的带隙逐渐变窄,而TE波的带隙逐渐变宽。

入射角度对远红外与激光兼容伪装光子晶体薄膜特性的影响研究

利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了所设计的光子晶体薄膜的反射光谱,利用镀膜法制备了光子晶体薄膜。同时进行了样品光谱曲线的测试,并对其在远红外波段的发射率进行了测试。测试结果表明,制备的光子晶体在10.6μm激光波长处的反射率较低,并且在除缺陷处的远红外波段的反射率较高,因此,可以实现远红外与10.6μm激光兼容。但当入射角度的增加时,激光波长处的反射率有所上升,并向短波方向偏移;在除激光波长处的远红外波段的反射率也降低较多。因此,入射角度的增加对光子晶体兼容效果的影响逐渐增大。

多波段兼容伪装方法的分析研究

多波段兼容伪装是未来伪装技术发展的方向,但每增加一个伪装波段,都对兼容伪装的实现带来了很大难度。介绍单波段伪装的作用机理及相关要求,并分析多波段伪装的几种常用方法。设计了两种新型的光子晶体薄膜伪装结构。

可见光与红外兼容伪装材料研究进展

阐述了实现可见光与红外兼容伪装的途径,以及包覆材料、一体化材料和复合薄膜等可见光与红外兼容伪装材料的伪装原理、研究现状和发展趋势。

近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身光子晶体研究

为实现飞行器高温部分的红外与激光兼容伪装,设计了一种基于一维光子晶体的近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身材料。基于薄膜的传输矩阵法和异质结构理论,拓展了光子晶体的禁带宽度,使之覆盖近中红外波段;随后,利用掺杂原理,在光子晶体周期结构中引入了两种缺陷。结果显示,在1~5μm的带隙中出现了波长分别为1.06μm和1.54μm的缺陷模,反射率分别为1.21%和1.79%,这种具有＂光谱挖空＂特性的光子晶体可以实现近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身。

可见光/热红外伪装复合材料的制备与性能研究

针对目前高科技作战中单兵行动的隐蔽性问题,结合人体红外辐射特征,制备了一种新型可见光/热红外兼容伪装复合材料,同时对材料的伪装效果、热发射率、热辐射性能、隔热性能以及表面形貌等进行了初步测试,结果表明:材料的有关性能均符合可见光与热红外伪装的要求,可用做单兵伪装织物面料,同时对多波段兼容伪装复合材料的研究有着一定的指导意义。

新型多波段复合植被伪装材料

为满足多波段兼容伪装的需求,采用多种材料合理匹配与多功能层组合结构的方法,制备了一种可实现可见光、红外和雷达多波段兼容的新型复合植被伪装材料。用雷达波屏蔽效能和反射率测试实验对伪装材料的吸波性能进行了测试,用成像法对伪装材料的可见光和热红外伪装性能进行了试验检测。结果表明,研制的伪装材料有良好的雷达波衰减性能,大于5 dB的吸收频宽高达3.9 GHz。植被伪装材料面层纹理、颜色、亮度、热图与背景较为接近,隔热效果明显,具有良好的可见光和红外伪装效果。

多波段兼容红外伪装技术研究进展(特邀)

红外伪装技术是指隐藏或改变目标红外辐射特征的技术,对于提高目标的生存率具有重大意义。多波段探测技术的发展,给传统的红外伪装技术带来了严峻的挑战,使得多波段兼容红外伪装材料的研究变得十分紧迫。针对这一挑战,首先须厘清各波段的伪装要求,其次应合理利用各波段材料电磁响应的不同和结构尺寸的差异,设计分层次结构以满足不同波段的光谱要求。最后,应认识到现有研究存在的不足,向着适应更多探测波段、应用场景,制备工艺更简便、成本更低、应用性更优的方向发展。

新型仿形多频谱复合伪装材料的研究

为满足信息化作战条件下多频谱兼容伪装的需求,采用多种材料合理匹配与多功能层结构组合的方法,研制了一种可见光、红外和雷达多频谱兼容的新型仿形复合伪装材料,研究了吸波材料中碳含量与铁含量的质量比对雷达波吸波性能的影响。采用雷达波屏蔽效能和反射率实验测试了伪装材料的吸波性能,采用成像法检测了伪装材料的可见光和热红外伪装性能。结果表明,当吸波材料中碳含量与铁含量的质量比为1∶2时,伪装材料的雷达波衰减性能最好,大于5 dB的吸收频宽最高可达4.7 GHz。研制的仿形伪装材料的表面纹理、颜色、亮度、热图与背景环境较为接近,隔热效果较好,具有良好的可见光和红外伪装效果。

红外低发射率颜料制备及其可见光/红外特性研究

目的制备Al/Cr2O3红外低发射率颜料,维持红外波段高反射的同时,降低可见光波段的反射特性,以满足可见光/红外兼容伪装材料的要求。方法采用液相沉积表面包覆技术对片状铝粉进行改性,制得Al/Cr2O3颜料粉体,对Al/Cr2O3颜料粉体的微观形貌、成分进行表征,并对添加Al/Cr2O3的涂层在可见光近红外波段的光谱反射率、在8~14μm波段的红外发射率、辐射温度及热像图进行表征与分析。结果 Cr2O3成功包覆于铝粉表面,且包覆基本完整。含Al/Cr2O3的涂层光谱反射曲线与背景绿色植被相似,可以较好地模拟自然背景中的绿色植物。涂层的红外发射率与低发射率功能填料Al/Cr2O3的含量密切相关,随Al/Cr2O3颜料含量增加,涂层的发射率由0.91降到0.43,平均辐射温度由27.9℃降低到22.7℃。结论制备的颜料应用于涂层后,可实现有效的红外热图像分割效果,能够满足可见光/红外兼容伪装材料对红外低发射率功能填料的要求。