基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构

摘要

基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构，属于偏振光谱伪装技术领域，为了解决现有技术无法完全实现裸眼伪装效果的问题，该结构分为两部分，上部分从上到下依次由TiO2层、SiO2层和TiO2层三层膜构成，膜层厚度分别为d1、d2和d3，该结构在特定角度下实现偏振分光特性，并利用布儒斯特角θb将S波、P波分离，达到S波高反，P波高透射；下部分是m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构，可以实现窄带上的P波高反；利用多层膜系结构，在特定角度下实现可见光谱范围内的S波、P波分离，达到在该谱段S波高反，P波高透；利用多孔阵列光子晶体阵列结构，实现窄带的P波高反，实现特定谱段在偏振光谱下的信号突出，以及信号伪装。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构，属于偏振光谱伪装技术领域。

背景技术

在现代军事战争中，如何不被敌方获取军事情报信息已成为军事项目发展的一项重要课题，因此伪装技术的研究近年来倍受瞩目。所谓伪装技术，总的说来就是隐蔽本方军事设施和基地并且迷惑敌军事侦察的技术，是现代战争的重要保障手段之一。传统的伪装技术包括遮障伪装技术、示假伪装技术、迷彩伪装技术。但是随着更多学科理论的应用，伪装技术会融入更多的新方法和新思路。

中国专利公开号为CN106382854A，名称为“一种可见光与红外兼容伪装材料及其制备方法”，该技术通过从下至上的衬底、红外低发射层和氧化物薄膜的层状结构，实现可见光与红外范围的材料颜色可控，实现各种伪装条件的要求。但是以上的伪装结构，仅仅针对光谱，利用目标本身与背景环境光谱相同或相近，实现目标的伪装，仅仅降低裸眼识别概率，无法完全实现裸眼伪装的效果。

自然界中，螳螂虾第二触角鳞片具有特殊的伪装能力，如图1所示，裸眼状态下无颜色变化，只有在偏振片透光轴与第二触角鳞片平行，且光轴与第二触角鳞片面法线成60°时，可以看到明显的颜色变化，500nm光谱突显。实现特定光谱在裸眼状态下的完全伪装，降低识别概率。

发明内容

本发明为了解决现有技术无法完全实现裸眼伪装效果的问题，提出了一种基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构，裸眼状态信号不可见，仅在通过具有特定角度的透光轴以及特定角度反射光的偏振片时，可观察到特定光谱信号，实现特定光谱信号的伪装。

本发明的技术方案如下：

基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构，其特征是，该结构分为两部分，上部分从上到下依次由TiO₂层、SiO₂层和TiO₂层三层膜构成，膜层厚度分别为d1、d2和d3，该结构在特定角度下实现偏振分光特性，并利用布儒斯特角θb将S波、P波分离，达到S波高反，P波高透射；下部分是m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构，可以实现窄带上的P波高反。

所述m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构由SiO2制成。

S波、P波分离，即S波反射率大于0.8，P波反射率小于0.2时，膜层厚度d1、d2和d3的取值范围。

d157～74d21～15d357～74

m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构(4)中光子晶体取不同直径D时，横向列距l₁、纵向列距l₂、中心波长λ0及带宽d的值。

l₁l₂Dλ₀d416.6742040041010437.5044042042510458.3346044044510479.1748046046010500.0050048048010520.8352050050010541.6754052052010562.5056054054010583.3358056056010604.1760058057510625.0062060059510

本发明的有益效果：

1、利用多层膜系结构，在特定角度下实现可见光谱范围内的S波、P波分离，达到在该谱段S波高反，P波高透；

2、利用多孔阵列光子晶体阵列结构，实现窄带的P波高反，实现特定谱段在偏振光谱下的信号突出，以及信号伪装；

3、利用偏振透光轴一定的偏振片才能观察到特定谱段下的目标；只有当角度一定时，才能观察到目标的颜色变化。

附图说明

图1为仿生螳螂虾眼的特殊偏振功能示意图；

图1a表示通过偏振片观察目标；图1b分别为，在观察角度θ＝0°和θ＝60°时，偏振片透光轴垂直于目标短轴和偏振片透光轴平行于第目标短轴时眼睛观察结果。

图2为本发明基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构示意图。

图3为本发明所述多层膜系设计结果示意图。

结果显示S波实现高反，P波实现高透射。

图4为本发明基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构设计结果示意图。

结果显示S波为高反，P波只在目标波段实现高反，其他波段仍为高透射。

图5为当入射角为0°(掠入射)时，S波与P波在400nm～700nm波段反射率在0.2～0.3左右，在490nm～510nm波段反射率在0.4～0.5左右。

图6为当入射角为30°时，S波与P波在400nm～700nm波段的反射率在0.2左右，在490nm～510nm波段反射率在0.4～0.5左右。

图7为当入射角为45°时，P波在400nm～700nm波段反射率在0.1～0.2左右S波反射率在0.2～0.3左右，在490nm～510nm波段时两波反射率在0.4～0.5左右。

图8为在入射角为60°时，P波在400nm～900nm波段的反射率在0.1～0.2左右而S波反射率在0.3左右，在490nm～510nm波段时两波反射率在0.4～0.5左右。

图9为当入射角为75°时，P波在400nm～900nm波段反射率在0～0.1之间而S波反射率在0.3～0.4之间，在490nm～510nm波段时S波与P波的反射率达到0.5。

图10为当入射角为90°时(垂入射)，P波反射率在0.3～0.5之间而S波反射率0.5.

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，本发明基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构分为两部分，上部分从上到下依次由TiO₂层1、SiO₂层2和TiO₂层3三层膜构成，膜层厚度分别为d1、d2和d3，该结构在特定角度下实现偏振分光特性，并利用布儒斯特角θb将S波，P波分离，达到S波高反，P波高透射的目的；下部分是由SiO2制成的m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构4，可以实现窄带上的P波高反。

如图3所示，上部分的多层膜系设计结果显示在400～700nm波段内，S波实现全部反射，P波实现全波段透射。

如图4所示，上、下两部分合并设计结果显示在400～700nm波段内S波实现全部反射，而P波实现在490～510nm的窄带内的高反。该结果实现偏振光谱信号伪装的目的。

具体实例：

本发明基于多层膜与光子晶体的偏振光谱伪装结构分为上下两部分。上部分是由TiO₂层1、SiO₂层2和TiO₂层3三个膜层构成，当入射角度为80.7°，三个膜层厚度分别满足，如附表1所示范围时，能获得较为良好的S波高反及P波高透。下部分则是由SiO2制成的m×n的多孔阵列光子晶体阵列结构4，当入射角为79.6°，且n＝100，d1＝66nm，d2＝5nm，d3＝66nm时，此结构可实现较好的P波窄带的光谱高反，且当光子晶体直径D为不同数值时，横向列距l₁、纵向列距l₂及P波窄带光谱高反的中心波长λ₀为不同值，其结果如附表2所示。

如图5所示，当入射角为0°(掠入射)时，S波与P波在400nm～700nm波段反射率在0.2～0.3左右，在490nm～510nm波段反射率在0.4～0.5左右。

如图6所示，当入射角为30°时，S波与P波在400nm～700nm波段的反射率在0.2左右，在490nm～510nm波段反射率在0.4～0.5左右。

如图7所示，当入射角为45°时，P波在400nm～700nm波段反射率在0.1～0.2左右S波反射率在0.2～0.3左右，在490nm～510nm波段时两波反射率在0.4～0.5左右。

如图8所示，在入射角为60°时，P波在400nm～900nm波段的反射率在0.1～0.2左右而S波反射率在0.3左右，在490nm～510nm波段时两波反射率在0.4～0.5左右。

如图9所示，当入射角为75°时，P波在400nm～900nm波段反射率在0～0.1之间而S波反射率在0.3～0.4之间，在490nm～510nm波段时S波与P波的反射率达到0.5。

如图10所示，当入射角为90°时(垂入射)，P波反射率在0.3～0.5之间而S波反射率0.5。

以上图5～图10分别为入射角为0°、30°、45°、60°、75°、90°时S波与P波的反射状态，可以看出该仿生结构实现了在70°～85°之间，400nm～700nm波长范围S波的高反射，P波的反射截止，而在490nm～510nm波长范围P波实现高反，达到了在特殊角度特殊波段产生特定偏振光的目的，实现了与螳螂虾第二触角鳞片类似的偏振光谱通信伪装特性。

附表1：S波、P波分离，即S波反射率大于0.8，P波反射率小于0.2时，膜层厚度d1、d2和d3的取值范围。

d157～74d21～15d357～74

附表2：光子晶体取不同直径D时，横向列距l₁、纵向列距l₂、中心波长λ0及带宽d的值。

l₁l₂Dλ₀D416.6742040041010437.5044042042510458.3346044044510479.1748046046010500.0050048048010520.8352050050010541.6754052052010562.5056054054010583.3358056056010604.1760058057510625.0062060059510