光学透明频率选择表面的研究

运用谱域Galerkin法对光学透明带通频率选择表面(FSS)进行了分析计算,研究了透明导电膜的电导率对光学透明带通FSS频率选择特性的影响. 计算及实验结果表明：在雷达波段,透明导电膜的电导率主要影响光学透明带通FSS在中心频率处的透过率,光学透明带通FSS在透可见反雷达波的同时,还具有选择性透过雷达波段的特性. 关键词： 频率选择表面 透明导电膜 电导率     

基于PET基底透明屏蔽膜的制备研究

为满足光学器件透红外屏蔽电磁波的要求,在PET柔性基底上制作了金属网栅透明屏蔽膜.分析网栅参数对其屏蔽效率及透过率的影响,选取结构参数.针对PET基底的柔性特点及其热稳定性,经试验研究优化光刻工艺中的提拉速度、烘烤时间及温度等参数,从而得到高质量的图形结构.采用磁控溅射法制备透明屏蔽膜,通过优化溅射功率、溅射气压等参数使膜/基结合更牢固.最后得到线宽为3μm、周期为250μm的金属网栅透明屏蔽膜.采用分光光度计测得其在300~2 200nm波段的平均透过率为77%;采用屏蔽室法测得其在2~18GHz频段的电磁屏蔽效率为12dB以上.     

ZnS光窗上增透与带通频率选择表面组合膜设计

为满足红外和雷达复合制导飞行器带外隐身的要求,设计了一种ZnS基底上的红外高通雷达带通的频率选择表面(FSS)组合膜。设计并分析了作为初始结构的电感性网栅薄膜,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法分析了网栅膜基底上的开孔十字FSS结构,该结构谐振频点为31.75GHz,透射率为-0.38dB,其对应的理想导体(PEC)表面FSS的谐振频点为33GHz;为提高此组合结构的红外透射率,运用薄膜光学理论设计了由YbF3与ZnSe两种膜料组成的红外增透膜,膜层厚度为1.085μm。结合光刻与镀膜工艺制作了实验件,测试表明,该组合薄膜在测试雷达频段平均传输系数小于-7.51dB(谐振频点外),在谐振频点31.5GHz的透射率达到了-0.63dB;在长波红外平均透射率达到了87.95%。     

透明衬底光致导电网栅的设计与制作

依据半导体光电导效应分析了光致导电复合网栅调控机理,阐明了光致导电复合网栅的设计思路与结构特点.结合透明衬底蓝宝石基片,选取雷达波2~18GHz,红外3~12μm波段为研究对象对复合网栅结构参数进行优化和仿真,当网栅参数周期由5mm变为2.5mm、边长由4.9mm变为2.4mm时,网栅的中心谐振频率从13.2GHz变为14GHz.采用衍射光栅同轴对准原理保证两次lift-off光刻工艺的对准精度,制备的网栅周期误差小于6μm,边长误差小于5μm,满足实验要求.复合网栅的光学和电学性能测试结果为:加载复合网栅的蓝宝石衬底样件与未加载的相比,红外透过率曲线整体走势未发生变化,透过率整体下降了7.8%左右,与单独金属网栅相比相差3.4%,符合红外透过损失规律.该复合网栅在敏感波长为600nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22GHz变为14.03GHz,与仿真结果基本一致,验证了光照对复合网栅电磁性能调控的可行性.     

激光直写方法制作透明导电金属网栅

介绍了利用激光直写光刻技术在200mm×200mm基片上制作线宽为5μm,周期为350μm的红外透明导电金属网栅的工艺过程,对激光直写光刻技术和机械刻划掩模接触光刻制作金属网栅结构的两种方法进行了比较,给出了激光直写制作金属网栅的优点.     

金属网栅法布里珀罗干涉仪测量太赫兹波波长

设计并制作了用于测量波长大于150 μm(频率低于2 THz)的太赫兹波波长的金属网栅法布里珀罗干涉仪(FPI)。采用光电子微纳制造工艺制作了五组周期不大于40 μm,线宽不大于10 μm的有衬底方形金属网栅,利用太赫兹时域光谱技术测量了金属网栅的太赫兹波段光电特性,得到了各组金属网栅在感兴趣频段的反射率和金属网栅FPI的反射精细度,结果表明所制作的金属网栅FPI均可用于测量波长大于150 μm的太赫兹波。实验搭建金属网栅FPI扫描测量了212 μm的太赫兹波波长,与理论结果吻合。研究了金属网栅FPI对太赫兹波偏振方向的依赖性以及对FPI腔镜平行度的要求,结果表明,方形金属网栅FPI对正入射太赫兹波偏振方向不敏感,而对FPI腔镜平行度很敏感。     

一体化光学透明红外与雷达兼容隐身复合超表面

基于可见光透明材料氧化铟锡(ITO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),采用红外低发射层和雷达吸波层一体化设计的思路,实现了光学透明的红外-雷达兼容隐身复合超表面.该结构由功能层、介质层以及反射背板三部分组成,总厚度仅有1.17 mm.通过在功能层表面蚀刻出ITO图案并优化图案尺寸实现了微...     

Ku/Ka波段双通带频率选择表面设计研究

为了实现双通带频率选择表面(FSS)在较厚介质基底、 较大频带间隔和入射角度下的工程应用, 设计制备了一种性能优良的Ku/Ka波段双频FSS结构. 利用FSS栅瓣图分析了FSS具有稳定滤波特性的条件. 应用矢量模式匹配法计算了基于分形技术和复合图形技术的FSS的传输特性. 根据单元谐振模式和FSS传输特性归纳了厚介质基底、较远双通带FSS的设计原则, 最终优化出一种由方环复合“Y”环单元组成的FSS结构. 结果表明: 该结构在6.7 mm厚介质基底上0°-45°扫描范围内, 在Ku/Ka波段具有稳定的双频传输特性, 透过率均优于75%. 这为设计基底厚度较大、频带间隔较远、入射角度要求较高的双带FSS结构提供了理论参考与实验依据. 关键词： 频率选择表面 双通带 分形结构FSS 复合结构FSS     

金属网栅光学波段衍射分布研究

为了研究金属网栅高级次衍射产生的杂散光分布方式,进而在设计层面定量地控制网栅衍射能量分布,提升光学系统的探测能力,使用数学计算软件对不同结构形式金属网栅光学波段的衍射特性进行了建模和离散化仿真,利用快速傅里叶变换方法对不同结构的金属网栅在光学波段的衍射分布进行了离散化仿真计算。结果显示,周期性网栅的+1～+3级次衍射的归一化能量一般在-3～-2 dB级别,圆环网栅不会集中于轴向,并且随着衍射级次增加,衍射能量较方形网栅下降更快。随机网栅具有几乎完全均匀的衍射分布,并且高级次归一化衍射能量可控制在-6～-5 dB,远低于周期性网栅,使用在成像系统中能够将网栅衍射造成的杂散光匀化,降低背景噪声,提高成像质量。     

低光学衍射随机六元环金属网络导电膜

传统金属网栅多为二维方格结构,光学透射率损耗较大,高级次衍射杂散光严重干扰探测系统成像质量.本文设计了一种具有随机六元环表面结构的金属网络导电薄膜,该结构相较于传统二维方格结构金属网栅具有更高的光学透射率;由于在结构中引入了随机变量,也可以实现高级次衍射杂散光的抑制.随后在ZnS光学窗口上完成了线宽为4μm、周期为100μm的随机六元环结构金属网络导电膜的制备.测试结果表明,样品表面图案完整、金属线清晰可见、线宽均匀、无断线情况发生. ZnS光学窗口在长波红外波段透射率损失10.5%,在可见光波段透射率仅损失6.8%,同时可以显著均化高级次衍射杂散光分布.电磁屏蔽数值仿真结果显示,该网络导电膜在0.2—20 GHz电磁波谱段内平均电磁屏蔽效能为37.9 dB,最低屏蔽效能29.6 dB,比传统方格结构网栅高3.2 dB.本文设计并制备的随机六元环结构金属网络导电膜具有优异的光学性能与电磁屏蔽效能,对于提升图形化光学窗口的综合性能具有重大意义.     

基于混合周期栅网结构的频率选择表面设计研究

在栅网结构上设计的频率选择表面能够同时实现红外高透过率和毫米波带通的物理特性. 为了提高其光学透过率, 降低表面电阻, 抑制高次衍射能量对光学系成像质量的影响, 本文通过分析基于栅网结构的频率选择表面衍射光强和表面电流, 提出一种新型基于混合周期栅网结构的频率选择表面. 计算及实验结果均表明: 在实现稳定的毫米波带通滤波的同时, 基于混合周期栅网结构的频率选择表面红外透过率提高了5%以上, 表面电阻平均降低了4 Ω, 有效地抑制了因高次衍射能量集中分布而对红外光学系统成像质量的影响.     

红外透明导电金属网栅薄膜

介绍了一种既高效透过红外光 ,同时又能有效屏蔽电磁干扰的金属网栅薄膜的基本原理和制备工艺。分析了网栅参数对其光学及电磁性能的影响。介绍了利用光刻和镀膜技术 ,在红外基片上制作线条宽度小于 10 μm ,周期约 35 0 μm的金属网栅。     

基于人工表面等离激元的双通带频率选择结构设计

本文提出了一种基于人工表面等离激元的频率选择结构的设计方法：将设计的频率选择表面和金属鱼骨结构阵列相结合得到一种新的频率选择结构.文中采用这种方法设计了一种具有陡截止和高透、高抑制性能的双通带频率选择结构.该结构由金属鱼骨结构阵列和上下两层相同的频率选择表面复合而成.通过仿真可得,该结构的两个通带频率范围分别是3.0–4.1和10.5–10.9 GHz,透射率均在-0.5 dB以上.透射率低于-10 dB的频率范围是4.7–9.2和12.1–18 GHz.在12.4–15.5 GHz频率范围内,该结构的透射率甚至低于-20 dB.在通带内,电磁波可以高效地透过该结构;在阻带内,该结构对电磁波的透射具有较好的抑制作用.测试结果表明用这种方法设计出的频率选择结构的实际性能和仿真基本一致.在金属鱼骨结构空隙中填入轻质泡沫后该结构具有一定的力学承载性能,可以实现结构功能一体化的设计.     

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面（FSS）用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能（SE）的影响。结果表明：FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0～25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

Analysis on effect of low dielectric permittivity on indium-doped tin oxide based optically transparent terahertz patch antenna

Indium-doped tin oxide based optically transparent rectangular patch antennas are designed to resonate at 750 GHz; one on the glass substrate and the other on the polyimide substrate. Characteristics of both the transparent antennas such as impedance bandwidth, radiation efficiency, directivity and gain are analyzed and compared. Polyimide substrate has a lower dielectric permittivity than the glass substrate. The effect of low dielectric permittivity substrate on the radiation characteristics of the terahertz transparent patch antenna is analyzed. The transparent antenna on polyimide substrate is shown to have gain greater than 3.97dB in 714–795 GHz. The proposed transparent antennas are designed and simulated by using finite element method based electromagnetic solver, Ansys–HFSS.     

A high-sensitivity terahertz sensing method using a metallic mesh with unique transmission properties

Metallic meshes work as band-pass filters in the terahertz (THz) region, with their transmission spectra acutely affected by the refractive index of the material inside and above the metallic-mesh openings. We used a metallic mesh for high-sensitivity observations by focusing on the “dip,” that is, a sudden change in transmittance that only appeared when the THz wave was obliquely incident onto the metallic mesh. Here we consider the interference between apertures of the metallic mesh in the diagonal direction and explain the dip using finite-difference time-domain (FDTD) electromagnetic simulations.     

微波低通高阻复合材料构件的设计与性能验证

随着海洋环境武器装备隐身发展的需要, 开展具有微波低通高阻特性的复合材料构件设计与研究显得重要而迫切. 文章首先设计了一种中空六边形周期性结构, 以此为基础设计了一个由面层、中空六边形环周期层1、中间层、中空六边形环周期层2、面层组成的新型复合双层频率选择表面(FSS)结构件. 其上层FSS的结构参数为中空六边形环边长3.0 mm, 线宽度0.5 mm, 缝隙宽度0.4 mm; 下层FSS的结构参数为中空六边形环的边长3.2 mm, 线宽度0.5 mm, 缝隙宽度1.0 mm. 模拟结果表明: 该复合材料构件具备优良的低频透过性与高频屏蔽性快速转换的特性, 能够获得优异的低通高阻性能, 同时在45°范围内具备优良的角度不敏感性. 最后制备和实验验证得到了0–2 GHz低频段具有95.6%高透过性、同时在7.05–18 GHz高频段具有10 dB 以上屏蔽性能的复合材料构件, 对具有隐身特性的新型滤波电磁功能构件的研制具有重要价值.