转型激光吸收剂
日期：2019-08-01 08:02
世界各国相继开展了激光隐身的研究,由于技术封锁等原因,最新的研究成果尚不明确,但从查得的国内外相关文献发现,国内外对频率转换材料的研究较多,但都局限于民用领域,近几年来国内也开始加强对激光隐身技术的研究,出现了一些新的激光隐身材料和技术,但距离装备应用还有很多工作需要开展。目前,国内激光隐身材料对波长1.06m的激光吸收率已高达99%以上,起到了激光隐身的作用。工程兵科研一所在国内外首次提出光谱位移和激光角度偏转的伪装新概念,开创了激光伪装的新技术途径。通过分析光谱位移产生的机理,确定了激光吸收上转换和下转换材料2种技术途径,采用该激光吸收隐身材料研制出在1.06gm附近具有良好吸收效果的激光伪装涂料,其反射衰减达23.01dB,并且能和可见光伪装兼容。采用波动光学建立了激光角度偏转光子晶体的光散射特性模型,优化设计出光子晶体的结构参数与激光角度偏转效果的对应关系,通过激光回波角度控制,开辟了通过材料结构控制进行激光隐身的新途径。
1.光谱位移激光吸波材料
利用对激光具有“光谱位移”效应的吸收材料,通过与入射激光的谐振作用,可充分吸收入射激光,而出射牺射偏离入射激光的波长。根据转换材料的发光机理,可以吸收多个低能量的长波长光子,经多光子加和后发出高能量的短波辐射,利用它对激光频率的转换特性来降低激光回波反射的能量,从而达到激光隐身的目的从这个角度出发,可以考虑选择对1.06m波长的激光有强吸收和光谱转换效率的稀上离子,如Sm、Er、Tm3等,掺杂在基质体系中,将1.06m的光转化为其他波长的光,从而达到吸收的效果。
2.激光吸收材料
(1)掺杂半导体材料
在半导体内等离子波长大于入射光波长时,半导体有低反射率,且半导体的等离子波长取决于它的载流子浓度。氧化锡通过掺杂后是良好的n型导电半导体,因此,以氧化锡为主要原料,通过掺杂氧化铜、氧化锑、氧化钙、二氧化硅等过渡元素氧化物以调节载流子浓度,可改变掺杂半导体化合物等离子波长,使其在1.06gm波长附近产生强吸收和受激辐射,提高材料的激光吸收性能时,通过掺杂改性还可以使掺杂半导体化合物的红外辐射范围脱离红外大气窗口,达到红外与激光复合隐身相兼容的目的。
(2)有机金属络合物
通过对各种过渡金属离子、稀土离子吸收光谱特性的分析研究,选择能有效吸收1.06ym波长激光的金属离子,同时对能与过渡金属离子、稀土离子络合的各种有机络合剂进行选择对比,找到所需的有机络合剂(或进行适当的改性)通过有机络合剂与相应的金属离子络合制备成能有效吸收1.06m波长激光的有机金属化合物,再经提纯制备更适合作为激光隐身薄膜的功能性原料。
(3)空芯微珠表面化学镀铜
空芯微珠表面改性的研究主要是基于表面(界面)效应及物质与电磁波的作用机理,通过陶瓷空芯微珠特殊的表面结构及组成与激光作用,达到吸收与散射、减小回波的目的。化学镀通常以硫酸铜为主,以甲醛为还原剂。
(4)纳米隐身材料
纳米粒子对红外及各种电磁波有隐身作用,原因主要有两点:①纳米粒子尺寸远小于红外、雷达及激光的波长,因此纳米粒子材料对这些光波的透过率比常规材料要高得多,这大大减小了波的反射率,从而达到隐身的目的;②纳米粒子材料的比表面积比常规粗粉大3~4个数量级,对红外和电磁波的吸收率也比常规材料大很多,因此很难被探测器发现。由于纳米材料具有特有的光学性质,同时具备了宽频带、兼容性好、质量小和厚度薄等特点,因此成为激光隐身材料未来的研究对象。
3.激光吸收多孔材料
多孔结构材料具有受环境影响小的特点,在材料确定的情况下,多孔结构材料可利用自身多孔结构实现多重吸收,从而大大提高了有效吸收系数。通过分析不同孔结构材料和材料本身吸收系数对多孔结构材料激光吸收性能的影响,确定了具有最佳吸收性能的结构参数,设计出具有激光高吸收性能的腔体结构,从而实现了材料吸收和结构偏转双重激光衰减效果。
4.激光角度偏转材料
4.激光角度偏转材料
激光角度偏转材料能使入射到目标表面的激光通过材料设计的特殊结构,偏转到激光探测设备的视场范围外。利用光子晶体新材料技术设计的周期结构体系,使正入射到其表面的电磁波反射到一定角度以外的某个角度,和正常反射相比产生了“角度位移”。由于激光寻的器大多被投放入-30°~30°空间角范围内探测回波能量并完成制导,因此进入激光寻的器的能量大大降低,导致探测目标回波信号或探测目标非常困难,从而实现激光隐身。
5.激光吸收材料和激光角度偏转复合材料
为了提高激光衰减效果,可以考虑将激光吸收材料和角度偏转材料兼容,通过宏观结构优化设计,实现整个系统对入射激光具有高吸收和高反射的双重效果。在激光角度偏转材料表面喷涂激光吸收材料,激光经吸收材料吸收后,未被吸收的能量到达激光角度偏转结构表面,经偏转结构后,回波反射到一定的角度范围外。经历了这样的吸收和偏转双重作用,激光回波信号已很弱,从而提高了激光隐身效率。
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