微结构调控热辐射的红外与激光兼容隐身技术.pdf

摘要

随着现代探测系统的快速发展和不同侦察方式的融合，单一的红外伪装材料不能

满足日益增长的多波长探测以及在实际军事应用中的需求，多频谱兼容隐身技术已经

成为许多前沿科学工作者的研究热点。红外与激光兼容隐身材料是现阶段多光谱兼容

隐身技术研究的重点之一，一方面降低材料在大气窗口的红外特征达到红外伪装；另

一方面减少材料对激光雷达探测(如CO2激光器的工作波段是10.6μm)的反射波信号，

达到激光伪装，兼容的隐身材料可以同时降低材料被红外与激光两种探测器识别的概

率，提高战场生存能力。因此开展新型的多波段隐身材料的工作对于多光谱目标探测

而言具有重要意义。

然而，目前的多光谱兼容伪装材料主要涉及到红外与微波波段，对红外与激光这

两种波段的兼容伪装研究较少。而且现阶段实现兼容10.6μm处激光伪装的主要方法是

采用光子晶体结构，但由于其膜层组合较多，整体结构较厚，实验不确定性高，不宜

大规模制备和应用。因此，探索结构简单、制备成本低、满足红外与激光兼容隐身能

力的光谱调制器件仍然是一个巨大的挑战。

本文从探究如何利用简单的方法来实现红外和激光兼容隐身技术出发，采用在中

红外具有损耗特性的SiO材料与传统光谱选择性发射器结合的方式，设计Al/SiO/Al三

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层的MDM(金属-介质-金属，Metal-dielectric-Metal)超表面结构，研制一种可用于红外

与激光兼容隐身的热辐射光谱调控器件。仿真分析光谱选择特性以激光波长处产生强

吸收的物理机制，利用电子束蒸镀技术和紫外光刻技术，优化工艺参数，制备了多波

段发射体样品，并对样品进行形貌表征测试，与理论设计符合良好。实验证明样品在

3-5μm/8-14μm的发射率低至0.21/0.19，激光探测波长处吸收率大于0.5，结合样品在不

同温度下的发射率、红外图像和表面温度测量结果，表明样品在常温和变温情况下均

表现出良好的隐身功能，同时具有一定的热稳定性能以及热管理性能。从理论和实验

角度进行了兼容隐身的阐述与验证，简单有效的解决了红外热隐身与辐射散热、激光

隐身技术之间的光谱兼容问题，从而开发具有热管理能力和多波段(红外、激光雷达)

兼容隐身性能的超材料。

本文的工作为设计红外和激光兼容隐身的多波段超材料发射器提供了一种新的策

略，有助于利用材料固有特性和特殊结构相结合的方式开发多光谱红外调制器件。基

于本文的研究成果，可以与微波隐身技术相结合继续探索多波段兼容隐身技术，并且

在能源、信息等领域中开发关于热辐射调控的实际应用。

关键词：红外伪装，激光伪装，兼容伪装，辐射散热，热管理

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofmoderndetectionsystemsandtheintegrationofdifferentreconnaissance

methods,singleinfraredcamouflagematerialscannotmeetthegrowingdemandformulti-wavelength

detectionandpracticalmilitaryapplications.Multi-spectralcompatiblestealthtechnologyhasbecomea

researchfocusformanycutting-edgescientistsinthefield.Infraredandlasercompatiblestealthmaterials

areoneofthekeyresearchareasinmulti-spectralcompatiblestealthtechnology.Ontheonehand,itreduces

theinfraredcharacteristicsofmaterialsintheatmosphericwindowtoachieveinfraredcamouflage;onthe

otherhand,