本發(fā)明屬于光學(xué)透明電磁屏蔽及微波吸收領(lǐng)域，特別涉及一種基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗。

背景技術(shù)：

1、電磁波作為信息的重要載體，發(fā)射和接收電磁波的終端設(shè)備成數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)，覆蓋人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著電磁波應(yīng)用波段不斷被展寬，電磁波發(fā)射功率不斷增加，空間電磁環(huán)境日益復(fù)雜，造成日益嚴(yán)重的電磁污染問(wèn)題。電磁污染極大地影響了電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性并給人體健康帶來(lái)了危害不。電磁屏蔽技術(shù)主要由電磁反射和電磁吸收兩種方式實(shí)現(xiàn)，其中吸收型電磁屏蔽方法因無(wú)電磁波反射回空間，是更為理想的電磁屏蔽方法，極具應(yīng)用價(jià)值。

2、自上世紀(jì)70年代以來(lái)，由于微波半導(dǎo)體電路的飛速發(fā)展，微波在無(wú)線電通訊技術(shù)領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位。微波段的吸收型電磁屏蔽技術(shù)為微波吸收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的器件被稱為吸波器。隨著電磁輻射頻譜的展寬和雷達(dá)探測(cè)能力的加強(qiáng)，微波吸收技術(shù)要求具有更寬的有效吸收頻帶，特別是在航空航天領(lǐng)域，需要寬波段的微波吸收。然而，傳統(tǒng)吸波器的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題是如何應(yīng)用于需要光學(xué)透明的場(chǎng)合，如飛機(jī)/衛(wèi)星/艦船/汽車(chē)的光窗、光學(xué)儀器光窗和顯示面板、電磁隔離室和保密設(shè)施光窗、通訊設(shè)備的透明元件、手機(jī)觸屏等。特別是航空航天光窗，不僅需要可見(jiàn)光的透明，還需要可見(jiàn)-紅外的寬波段透明以滿足可見(jiàn)光探測(cè)和紅外探測(cè)的需求。綜上所述，目前實(shí)際應(yīng)用亟需研究如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-紅外高透光和寬帶微波吸收。

3、目前已有大量研究集中在光學(xué)透明微波吸收器的研究上，主要分為三大類(lèi)，第一類(lèi)為三層結(jié)構(gòu)，即吸波器由吸收層、透明介質(zhì)和透明反射層構(gòu)成；第二類(lèi)為多層結(jié)構(gòu)，即吸波器在三層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上具有多層吸收層或透明介質(zhì)層；第三類(lèi)為立式結(jié)構(gòu)，由立式諧振結(jié)構(gòu)與透明反射層組成。專利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是由石墨烯、透明介質(zhì)和透明反射層構(gòu)成的三層吸波結(jié)構(gòu)，吸收層采用石墨烯可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)到紅外的寬波段透光，然而石墨烯難以引入lc電諧振，使得基于石墨烯的吸波器以法布里-珀羅諧振為主，僅能實(shí)現(xiàn)單峰吸收。專利201710989070.8、201610721042.3、202210283488.8、202110095170.2、202111353843.6、202311447599.9、202310909779.8、202010358422.1、202111461350.4均是由圖案化電阻層、透明介質(zhì)和透明反射層構(gòu)成的三層吸波結(jié)構(gòu)，其中圖案化電阻層多由金屬氧化物薄膜圖案化構(gòu)成，金屬氧化物在可見(jiàn)光波段具有良好的透光率，但是其在紅外波段透光率極差，因此這幾篇專利均只能實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光透過(guò)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-紅外的寬波段透光，同時(shí)這幾篇專利的吸收機(jī)理是利用法布里-珀羅諧振結(jié)合單個(gè)圖案引起的lc電諧振，吸收帶寬有限，可進(jìn)一步拓寬。

4、專利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是利用多層透明介質(zhì)或多層圖案化電阻層實(shí)現(xiàn)的多層吸波結(jié)構(gòu)，其利用多層透明介質(zhì)或多層圖案化電阻層形成多法布里-珀羅諧振，拓寬吸收帶寬，然而圖案化電阻層、透明反射層常用的材料也為金屬氧化物薄膜，使其僅能在可見(jiàn)光波段透明，同時(shí)更多的透明介質(zhì)層和更多的圖案化電阻層雖然可以帶來(lái)吸收帶寬的增加，但是也會(huì)增加透光損耗和工藝制備的復(fù)雜程度，特別是在航空航天領(lǐng)域，吸波器通常只能加工于光窗的兩側(cè)，多層吸波結(jié)構(gòu)無(wú)法應(yīng)用。

5、專利202210663354.9、201810169888.x是第三類(lèi)立式吸波結(jié)構(gòu)，立式結(jié)構(gòu)是較為新型的吸波結(jié)構(gòu)，將二維的圖案轉(zhuǎn)換成三維的圖案，拓寬吸收帶寬，然而立式結(jié)構(gòu)的固有缺點(diǎn)是其應(yīng)用范圍受限，僅能在特殊場(chǎng)合應(yīng)用，在航空航天光窗等領(lǐng)域無(wú)法應(yīng)用。且其斜入射透光特性較差，使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步受限。

6、專利202010045589.2是由圖案化金屬網(wǎng)柵回路、介質(zhì)、金屬網(wǎng)柵構(gòu)成的三層吸波結(jié)構(gòu)，理論上可以實(shí)現(xiàn)寬波段的透光，然而其表面的圖案化金屬網(wǎng)柵回路中內(nèi)外環(huán)所用金屬方塊電阻不同，在制備中需要二次光刻，不僅增加了制備的復(fù)雜程度，且制備誤差較大；同時(shí)其僅為貼片型結(jié)構(gòu)，僅引入單個(gè)lc電諧振，與法布里-珀羅諧振結(jié)合之后的吸收帶寬仍需要進(jìn)一步增加。

7、專利201810070292.4-是由金屬諧振層、介質(zhì)、金屬諧振層、介質(zhì)、背板構(gòu)成的多層吸波結(jié)構(gòu)，其可在紅外波段透光，該篇專利未描述可見(jiàn)光透光，但理論上可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光透光；然而，其采用多層金屬諧振層，降低了透光率的同時(shí)，使其無(wú)法應(yīng)用于航空航天光窗。

8、綜上所述，目前已有較多的光學(xué)透明微波吸收技術(shù)，然而其拓展帶寬多依賴于多層結(jié)構(gòu)，無(wú)法應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域；而單層結(jié)構(gòu)的吸收帶寬有限。同時(shí)大部分光學(xué)透明微波吸收技術(shù)利用金屬氧化物薄膜，使其僅能在可見(jiàn)光波段透明，無(wú)法在紅外波段實(shí)現(xiàn)透明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，研發(fā)一種基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-紅外的寬波段高透明和微波段的寬帶吸收。其利用金屬微結(jié)構(gòu)諧振層產(chǎn)生雙諧振頻率的電諧振，利用金屬微結(jié)構(gòu)諧振層、透明介質(zhì)層和金屬網(wǎng)柵層組成法布里-珀羅腔，產(chǎn)生法布里-珀羅腔諧振，利用雙諧振頻率的電諧振與法布里-珀羅腔諧振共同作用形成寬帶微波吸收；由于金屬微結(jié)構(gòu)諧振層和金屬網(wǎng)柵層均具有極低的占空比可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-紅外的寬波段高透明。本發(fā)明還用二個(gè)實(shí)施例證明了發(fā)明的可行性，擴(kuò)展了光學(xué)透明寬帶微波吸收技術(shù)的應(yīng)用范圍。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗：所述光窗包括由上至下依次堆疊的金屬微結(jié)構(gòu)諧振層、透明介質(zhì)層和金屬網(wǎng)柵層；所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振層由金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元排布構(gòu)成；所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元由金屬諧振結(jié)構(gòu)柵網(wǎng)化形成，所述柵網(wǎng)化是指在保持金屬諧振結(jié)構(gòu)金屬部分邊緣形狀特征的前提下，其內(nèi)部金屬用金屬網(wǎng)柵代替，邊緣部分保留的金屬線條寬度大于等于金屬網(wǎng)柵線條寬度，所述金屬網(wǎng)柵是指由網(wǎng)柵單元按二維陣列排布構(gòu)成的柵網(wǎng)狀微細(xì)金屬結(jié)構(gòu)；所述金屬諧振結(jié)構(gòu)由帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和十字貼片型結(jié)構(gòu)b構(gòu)成，且?guī)Э紫兜沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)和十字貼片型結(jié)構(gòu)b的結(jié)構(gòu)中心重疊、單元周期相同且金屬覆蓋部分無(wú)重合處，所述帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)由環(huán)狀結(jié)構(gòu)剪除十字貼片型結(jié)構(gòu)a構(gòu)成，環(huán)狀結(jié)構(gòu)與十字貼片型結(jié)構(gòu)a的結(jié)構(gòu)中心重疊且單元周期相同，十字貼片型結(jié)構(gòu)a與十字貼片型結(jié)構(gòu)b的結(jié)構(gòu)中心重疊且單元周期和十字臂長(zhǎng)相同，十字貼片型結(jié)構(gòu)a的十字臂寬大于十字貼片型結(jié)構(gòu)b的十字臂寬，環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)在水平和豎直方向的投影長(zhǎng)度大于十字貼片型結(jié)構(gòu)a十字臂寬的2倍，十字貼片型結(jié)構(gòu)a和十字貼片型結(jié)構(gòu)b的十字臂長(zhǎng)大于等于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外環(huán)在水平和豎直方向的投影長(zhǎng)度，且小于金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元的單元周期；所述寬帶微波吸收光窗利用金屬微結(jié)構(gòu)諧振層產(chǎn)生雙諧振頻率的電諧振，利用金屬微結(jié)構(gòu)諧振層、透明介質(zhì)層和金屬網(wǎng)柵層組成法布里-珀羅腔，產(chǎn)生法布里-珀羅腔諧振，利用雙諧振頻率的電諧振與法布里-珀羅腔諧振共同作用形成寬帶微波吸收。

3、作為一種優(yōu)選基本結(jié)構(gòu)，上述的基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，在金屬微結(jié)構(gòu)諧振層上側(cè)依次平行配置單層或多層的增透膜a和單層或多層的保護(hù)層a；在金屬網(wǎng)柵層下側(cè)依次平行配置單層或多層的增透膜b和單層或多層的保護(hù)層b。

4、作為一種優(yōu)選基本結(jié)構(gòu)，上述的基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，所述的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形狀包括方環(huán)、圓環(huán)、六邊形環(huán)、八邊形環(huán)、十二邊形環(huán)、花瓣環(huán)、四角星環(huán)、缺角矩形環(huán)。

5、作為一種優(yōu)選基本結(jié)構(gòu)，上述的基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，所述金屬網(wǎng)柵包括方格網(wǎng)柵、圓環(huán)網(wǎng)柵、三角分布圓環(huán)及子圓環(huán)陣列網(wǎng)柵、基于隨機(jī)分布圓環(huán)的金屬網(wǎng)柵、基于多周期金屬圓環(huán)嵌套陣列網(wǎng)柵。

6、作為一種優(yōu)選基本結(jié)構(gòu)，上述的基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，所述透明介質(zhì)層的厚度大于寬帶微波吸收光窗需求工作頻段中心波長(zhǎng)的二十分之一；所述透明介質(zhì)層可以為任意透明材料，所述透明材料能夠作為滿足使用場(chǎng)合要求的透明光窗材料。

7、作為一種優(yōu)選基本結(jié)構(gòu)，上述的基于多諧振的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗，所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振層和金屬網(wǎng)柵層中金屬網(wǎng)柵線條寬度與金屬線條寬度均為微米量級(jí)或亞微米量級(jí)；所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振層和金屬網(wǎng)柵層均由導(dǎo)電性能良好的金屬構(gòu)成，且金屬厚度大于50nm。

8、本發(fā)明的創(chuàng)新性和良好效果是：

9、1、本發(fā)明提出由金屬微結(jié)構(gòu)諧振層、透明介質(zhì)層和金屬網(wǎng)柵層組成的可見(jiàn)-紅外透明寬帶微波吸收光窗。所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振層由金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元排布構(gòu)成；所述金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元由金屬諧振結(jié)構(gòu)柵網(wǎng)化形成，所述柵網(wǎng)化是指在保持金屬諧振結(jié)構(gòu)金屬部分邊緣形狀特征的前提下，其內(nèi)部金屬用金屬網(wǎng)柵代替，邊緣部分保留的金屬線條寬度大于等于金屬網(wǎng)柵線條寬度，所述金屬網(wǎng)柵是指由網(wǎng)柵單元按二維陣列排布構(gòu)成的柵網(wǎng)狀微細(xì)金屬結(jié)構(gòu)；所述金屬諧振結(jié)構(gòu)由帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和十字貼片型結(jié)構(gòu)b構(gòu)成，且?guī)Э紫兜沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)和十字貼片型結(jié)構(gòu)b的結(jié)構(gòu)中心重疊、單元周期相同且金屬覆蓋部分無(wú)重合處，所述帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)由環(huán)狀結(jié)構(gòu)剪除十字貼片型結(jié)構(gòu)a構(gòu)成，環(huán)狀結(jié)構(gòu)與十字貼片型結(jié)構(gòu)a的結(jié)構(gòu)中心重疊且單元周期相同，十字貼片型結(jié)構(gòu)a與十字貼片型結(jié)構(gòu)b的結(jié)構(gòu)中心重疊且單元周期和十字臂長(zhǎng)相同，十字貼片型結(jié)構(gòu)a的十字臂寬大于十字貼片型結(jié)構(gòu)b的十字臂寬，環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)在水平和豎直方向的投影長(zhǎng)度大于十字貼片型結(jié)構(gòu)a十字臂寬的2倍，十字貼片型結(jié)構(gòu)a和十字貼片型結(jié)構(gòu)b的十字臂長(zhǎng)大于等于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外環(huán)在水平和豎直方向的投影長(zhǎng)度，且小于金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元的單元周期。這樣設(shè)置的良好效果在于：由于十字貼片型結(jié)構(gòu)a和十字貼片型結(jié)構(gòu)b的大小設(shè)計(jì)，會(huì)在帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和十字貼片型結(jié)構(gòu)b之間形成帶隙，該帶隙、十字貼片型結(jié)構(gòu)b與帶孔隙的環(huán)狀結(jié)構(gòu)會(huì)引入雙諧振頻率的電諧振；金屬具有較小的薄膜方阻，若直接用金屬制備諧振結(jié)構(gòu)，則會(huì)與自由空間阻抗失配，雖然金屬微結(jié)構(gòu)諧振層、透明介質(zhì)層和金屬網(wǎng)柵層可以組成法布里-珀羅腔，也難以引入法布里-珀羅腔諧振，而由于金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元由金屬諧振結(jié)構(gòu)柵網(wǎng)化形成，所述柵網(wǎng)化是指在保持金屬諧振結(jié)構(gòu)金屬部分邊緣形狀特征的前提下，其內(nèi)部金屬用金屬網(wǎng)柵代替，邊緣部分保留的金屬線條寬度大于等于金屬網(wǎng)柵線條寬度，金屬網(wǎng)柵的引入會(huì)大大提升金屬的薄膜方阻，使其與自由空間阻抗匹配，進(jìn)而引入良好的法布里-珀羅腔諧振，利用法布里-珀羅腔諧振與雙諧振頻率的電諧振共同作用，實(shí)現(xiàn)寬波段微波吸收。

10、2、本發(fā)明中，金屬微結(jié)構(gòu)諧振單元由金屬諧振結(jié)構(gòu)柵網(wǎng)化形成，底層反射層是金屬網(wǎng)柵，通過(guò)設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)柵的線寬與周期，可以調(diào)節(jié)金屬網(wǎng)柵的薄膜方阻和透光率，由于金屬微結(jié)構(gòu)諧振層和金屬網(wǎng)柵均具有較小的占空比，而采用可見(jiàn)-紅外寬波段透明的介質(zhì)，即可實(shí)現(xiàn)整體微波吸收光窗從可見(jiàn)-紅外的寬波段透明。進(jìn)一步，若采用雜散光分布均勻的金屬網(wǎng)柵，可解決方格網(wǎng)柵柵網(wǎng)化導(dǎo)致雜散光分布集中的問(wèn)題。

11、綜上，本發(fā)明利用法布里-珀羅腔諧振與雙諧振頻率的電諧振共同作用實(shí)現(xiàn)寬帶微波吸收，并利用金屬微結(jié)構(gòu)諧振層和金屬網(wǎng)柵層的金屬低占空比實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-紅外的寬波段光學(xué)透明，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)-紅外的寬波段微波吸收。