[發(fā)明專利]一種用于紅外窗口材料的智能紅外光開關(guān)及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010350614.8
• 申請(qǐng)日: 2020-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN111562685B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹耀輝;趙海鵬;馬鴻晨;徐修冬;章新源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/01
• 分類號(hào): G02F1/01;G02F1/00
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32345
• 代理人: 豐葉

本發(fā)明屬于光學(xué)器件領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有紅外窗口材料激光能量閾值不高導(dǎo)致的材料易損壞問題，公開了一種用于紅外窗口材料的智能紅外光開關(guān)及制作方法，工作波長為紅外光，其特征在于：沿著光傳播方向依次包括紅外濾波器層、半導(dǎo)體?金屬相變材料層、工作波長內(nèi)透明的基底層；所述的紅外濾波器層用于屏蔽工作波長之外波段的光，并使工作波長的紅外光通過；半導(dǎo)體?金屬相變材料層的溫度低于相變閾值時(shí)為半導(dǎo)體態(tài)，工作波長的紅外光通過，半導(dǎo)體?金屬相變材料層的溫度高于相變閾值時(shí)為金屬態(tài)，工作波長的紅外光無法通過。使用本技術(shù)方案可對(duì)特定紅外光的入射光波段進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于紅外窗口材料的智能紅外光開關(guān)。

背景技術(shù)

紅外光電系統(tǒng)是現(xiàn)代高精尖武器的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)精確打擊和有效攻擊的關(guān)鍵，目前已被廣泛應(yīng)用于超音速戰(zhàn)機(jī)、制導(dǎo)導(dǎo)彈等先進(jìn)武器中。在紅外光電系統(tǒng)中，紅外窗口是傳遞發(fā)射信號(hào)與接受目標(biāo)信號(hào)的唯一通道，它的光學(xué)性質(zhì)直接影響到光電系統(tǒng)的探測(cè)結(jié)果。此外紅外窗口裸露于外部環(huán)境之中，還承擔(dān)著保護(hù)內(nèi)部光電元器件的使命。因此紅外窗口是紅外光電系統(tǒng)的重要部件之一。

而目前的紅外窗口材料，對(duì)于8-14μm的波段工作的紅外系統(tǒng)，首選的窗口材料是鍺。他的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，堅(jiān)硬耐劃，導(dǎo)熱性好，熱吸收系數(shù)低，折射率和透射率高。但其中最大的問題來自于紅外窗口的熱輻射和透過率下降。因?yàn)殡S著能量的不斷照射，窗口溫度會(huì)不斷升高，進(jìn)而造成窗口材料的紅外輻射顯著增高。此外，窗口溫度的升高，也會(huì)影響材料的紅外吸收，導(dǎo)致窗口材料的紅外透過率下降。紅外窗口的高溫紅外輻射會(huì)使紅外成像系統(tǒng)的紅外圖像背景亮度增加，造成紅外探測(cè)器飽和，淹沒目標(biāo)信號(hào)。溫度過高時(shí)甚至?xí)?duì)窗口造成永久性損傷。因此保證窗口材料不受到強(qiáng)激光和高溫影響，同時(shí)又能保證在正常情況下可通過安全波長的紅外光，不被其他波段的光干擾，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種對(duì)特定的紅外波長具有智能光開關(guān)的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的為解決現(xiàn)有紅外窗口材料激光能量閾值不高導(dǎo)致的材料損壞問題，采用如下技術(shù)方案：

一種用于紅外窗口材料的智能紅外光開關(guān)，工作波長為紅外光，其特征在于：沿著光傳播方向依次包括紅外濾波器層、半導(dǎo)體-金屬相變材料層、工作波長內(nèi)透明的基底層；所述的紅外濾波器層用于屏蔽工作波長之外波段的光，并使工作波長的紅外光通過；

半導(dǎo)體-金屬相變材料層的溫度低于相變閾值時(shí)為半導(dǎo)體態(tài)，工作波長的紅外光通過；半導(dǎo)體-金屬相變材料層的溫度高于相變閾值時(shí)為金屬態(tài)，工作波長的紅外光無法通過。

上述技術(shù)方案為解決紅外窗口材料激光能量閾值不高導(dǎo)致的材料損壞問題，使用了半導(dǎo)體-金屬相變材料層，在相變前后其可見光波段和紅外波段的透過率發(fā)生了明顯突變，其在溫度低于相變溫度閾值時(shí)為半導(dǎo)體態(tài)，半導(dǎo)體-金屬相變材料層對(duì)紅外光高透過，溫度高于相變溫度閾值時(shí)呈金屬態(tài)，對(duì)紅外光高吸收，低透過。同時(shí)半導(dǎo)體-金屬相變材料層具有很快的響應(yīng)時(shí)間，可在短時(shí)間內(nèi)（1ns）完成相變。當(dāng)強(qiáng)激光入射到窗口上時(shí)，相變材料層薄膜吸收光能量，使得半導(dǎo)體-金屬相變材料層溫度上升到相變溫度點(diǎn)，膜結(jié)構(gòu)迅速向金屬態(tài)（高溫態(tài)）轉(zhuǎn)變，光譜特性由較高的透射突變?yōu)檩^高的反射，從而迅速降低了進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光能量，使得光學(xué)系統(tǒng)不至于飽和或燒毀達(dá)到防護(hù)作用。當(dāng)溫度下降后，會(huì)再次變?yōu)榘雽?dǎo)體態(tài)，循環(huán)使用，從而通過對(duì)溫度的感知自發(fā)地實(shí)現(xiàn)透明到非透明狀態(tài)的開關(guān)作用。