[發明專利]一種基于多層二維拓撲材料的可調控三維光學隱身斗篷

在審

• 申請號: 201710062852.7
• 申請日: 2017-01-31
• 公開（公告）號: CN107121870A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;A41D3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于多層二維拓撲材料的可調控三維光學隱身斗篷的實現方法和裝置，可應用于光波傳播方向的控制。

背景技術

2006年，文獻1：“J.B.Pendry et al,SCIENCE,2006(312):1780”首次提出利用異向介質能夠操控光波的傳播方向，實現光學隱身衣概念，引起了人們的廣泛關注，成為光學領域的研究熱點。同年，文獻2：“D.Schurig et al,SCIENCE,2006(314):977”在微波段首次實驗驗證了橫電波二維超材料隱身斗篷。2007年，文獻3：“Cai et al,Nature Photonics,2007(1):224”提出了橫磁波二維超材料隱身斗篷。2010年，文獻4：“Ma et al,Nature communications,2010(1):124”提出了基于介質板的二維孔陣列實現了電磁波的隱身效果。但是，目前光學隱身結構的設計，大多基于二維平面結構模型仿真和實驗測試，三維光學隱身斗篷則鮮有報道。

另外，目前的光學隱身斗篷還不具備可調諧的功能(即光學隱身的開/關功能)，換句話說光學隱身斗篷的結構一旦確定以后其隱身性能將會一直存在是不能改變的，其主要原因是缺乏介電常數和磁導率系數可以被主動實時調控的天然材料，這直接制約著光學隱身技術的進一步發展。因此需要設計一種簡單實用的方法對光學隱身斗篷的光學隱身功能進行調諧，他將對光學隱身斗篷的實際應用具有非常重要的意義，大大推進其實用化進程。

二維拓撲材料具有結晶和非結晶兩種狀態，在外界光、熱、電、磁或者應力的作用下，二維拓撲材料可以在結晶和非結晶兩種狀態間改變，而伴隨著二維拓撲材料的狀態改變，其介電常數和磁導率系數也會發生可逆性改變。

本發明提供一種基于多層二維拓撲材料的可調控光學隱身斗篷。該三維可調控光學隱身斗篷通過二維拓撲材料組成的表面覆蓋殼層實現。其中，表面覆蓋殼層為多個二維拓撲材料環層自下而上疊加構成，通過控制不同環層中二維拓撲材料的晶化程度，可以使每層對應不同的介電常數和磁導率系數，獲得光學隱身所需的三維介電常數和磁導率系數分布，進而使光線繞過斗篷區域后，光場恢復原來的分布，實現光學隱身功能。同時，通過循環控制每個環層中二維拓撲材料的晶化-反晶化過程，實現光學隱身斗篷的實時開/關性能，從而克服了光學隱身斗篷不能開關的缺點。本發明基于二維拓撲材料晶化-反晶化原理，可以有效節省能量，延長偽裝時間；在實現上，采用電、光控開關等廣泛使用的器件，顯著降低了光學隱身斗篷的復雜度和成本，實際應用潛力大。使用本發明技術，可以使光學隱身斗篷在大多數時間內處于關閉狀態(即不隱身)，使對方探測到一些無效光學信息，而在需要的時候開啟熱隱身功能讓對方探測不到其光學信號，有效隱藏各種重要信息，麻痹敵方，使我方行動具有突然性。該技術在實現光幻想、迷惑紅外光學檢測器、和在軍事和民用等光學隱身設備中具有巨大應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有光學隱身斗篷大多基于二維平面結構、和光學隱身斗篷的隱身功能不具備可調諧性(即不能開/關光隱身功能)的缺點，利用二維拓撲材料這一常見材料，提供一種實現可調控(可開/關)三維光學隱身斗篷的新技術，使得系統具備結構簡單、速度快、便于操作、能耗小、實時性強和實現成本低等優點。

本發明的技術方案：

一種基于多層二維拓撲材料的可調控三維光學隱身斗篷，包括襯底層、間隔層、二維拓撲材料組成的表面覆蓋環層、附于二維拓撲材料環層內壁的金屬薄層貼片、內部支撐殼、控制單元和供能單元；表面覆蓋環層為多層二維拓撲材料環層自下而上疊加構成，每層二維拓撲材料環層內壁表面均貼有金屬薄層貼片，每層二維拓撲材料環層之間均有間隔層隔離；內部支撐殼處于多層二維拓撲材料環層內側，用于承載多層二維拓撲材料環層，被隱藏的目標放置于內部支撐殼的腔內；內部支撐殼與金屬薄層貼片接觸，同時內部支撐殼對應于每個金屬薄層貼片處都鉆有小孔，小孔孔徑為1μm～1cm、深度為1μm～10cm；小孔內安裝導線，導線一端連接在金屬薄層貼片上，另一端依次經過控制單元和供能單元接地，通過操控控制單元，調控供能單元對每層二維拓撲材料環層的加熱時間，進而控制不同二維拓撲材料環層中二維拓撲材料的晶化程度，可每層二維拓撲材料環層對應不同的介電常數和磁導率系數，實現光學隱身所需的三維介電常數和磁導率系數分布，進而使光線繞過斗篷區域后，光學場恢復原來的分布，實現光學隱身功能。