本發(fā)明涉及一種基于多層石蠟復合相變材料的可調(diào)控二維光學隱身斗篷的實現(xiàn)方法和裝置，可應用于光場控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2006年，文獻1：“j.b.pendryetal,science,2006(312):1780”首次提出利用異向介質(zhì)能夠操控光波的傳播方向，實現(xiàn)光學隱身衣概念，引起了人們的廣泛關(guān)注，成為光學領(lǐng)域的研究熱點。同年，文獻2：“d.schurigetal,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：“caietal,naturephotonics,2007(1):224”提出了橫磁波二維超材料隱身斗篷。2010年，文獻4：“maetal,naturecommunications,2010(1):124”提出了基于介質(zhì)板的二維孔陣列實現(xiàn)了電磁波的隱身效果。但是，目前二維光學隱身結(jié)構(gòu)的設計，還不具備可調(diào)諧的功能(即光學隱身的開/關(guān)功能)，換句話說光學隱身斗篷的結(jié)構(gòu)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(shù)和磁導率系數(shù)可以被主動實時調(diào)控的天然材料，這直接制約著光學隱身技術(shù)的進一步發(fā)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(diào)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。

石蠟復合相變材料具有固態(tài)和液態(tài)兩種狀態(tài)，在外界光、熱、電、磁或者應力的作用下，石蠟復合相變材料可以在固態(tài)和液態(tài)兩種狀態(tài)間改變，而伴隨著石蠟復合相變材料的狀態(tài)改變，其介電常數(shù)和磁導率也會發(fā)生可逆性改變。

本發(fā)明提供一種基于多層石蠟復合相變材料的二維可調(diào)控光學隱身斗篷。該二維可調(diào)控光學隱身斗篷是將石蠟復合相變材料環(huán)層以x-y水平面中心為軸，在x、y軸線方向逐層延拓形成，通過控制不同環(huán)層中石蠟復合相變材料的固-液狀態(tài)，可以使每層對應不同的介電常數(shù)和磁導率，獲得光學隱身所需的二維介電常數(shù)和磁導率分布，進而使光線繞過斗篷區(qū)域后，光場恢復原來的分布，實現(xiàn)光學隱身功能，為處在光學隱身斗篷中心的物體屏蔽掉外界光線干擾，同時不影響外界光場分布。同時，通過循環(huán)控制每個環(huán)層中石蠟復合相變材料的固-液狀態(tài)，實現(xiàn)光學隱身斗篷的實時開/關(guān)性能，從而克服了二維光學隱身斗篷不能開關(guān)的缺點。本發(fā)明基于石蠟復合相變材料固-液態(tài)可逆轉(zhuǎn)換原理，可以有效節(jié)省能量，延長偽裝時間；在實現(xiàn)上，采用電、光控開關(guān)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(fā)明技術(shù)，可以使光學隱身斗篷在大多數(shù)時間內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)(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(shù)在實現(xiàn)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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有二維光學隱身斗篷的隱身功能不具備可調(diào)諧性(即不能開/關(guān)光隱身功能)的缺點，利用石蠟復合相變材料這一常見材料，提供一種實現(xiàn)可調(diào)控(可開/關(guān))二維光學隱身斗篷的新技術(shù)，使得系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡單、速度快、便于操作、能耗小、實時性強和實現(xiàn)成本低等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于多層石蠟復合相變材料的可調(diào)控二維光學隱身斗篷，包括襯底層、間隔環(huán)層、石蠟復合相變材料環(huán)層、附于石蠟復合相變材料環(huán)層底層的金屬薄層貼片、控制單元和供能單元；

該可調(diào)控二維光學隱身斗篷將石蠟復合相變材料環(huán)層以x-y水平面中心為軸，在x、y軸線方向逐層延拓形成，每個石蠟復合相變材料環(huán)層底部均貼有金屬薄層貼片，每兩個石蠟復合相變材料環(huán)層之間均有間隔環(huán)層隔離；

襯底層處于二維多層石蠟復合相變材料環(huán)層下方，用于承載二維多層石蠟復合相變材料環(huán)層，被隱藏的目標放置于二維多層石蠟復合相變材料環(huán)層的中心位置；

襯底層與金屬薄層貼片接觸，同時襯底層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～100cm；小孔內(nèi)安裝導線，導線一端連接在金屬薄層貼片上，另一端依次經(jīng)過控制單元和供能單元接地，通過操控控制單元，可以調(diào)控供能單元對每層石蠟復合相變材料的加熱時間，進而控制不同環(huán)層中石蠟復合相變材料的固-液態(tài)轉(zhuǎn)換程度，可以使每層石蠟復合相變材料環(huán)層對應不同的介電常數(shù)和磁導率系數(shù)，實現(xiàn)光學隱身所需的二維介電常數(shù)和磁導率系數(shù)分布，進而使光線繞過二維斗篷區(qū)域后，光場恢復原來分布，實現(xiàn)光學隱身功能。

所述的石蠟復合相變材料環(huán)層的形狀是圓環(huán)、橢圓環(huán)、正方環(huán)、矩形環(huán)或六邊環(huán)，每一個石蠟復合相變材料環(huán)層獨立控制和工作；所述的石蠟復合相變材料是在石蠟相變材料中添加多孔介質(zhì)，如金屬泡沫、金屬蜂窩、石墨、金屬粒子、碳纖維、納米粒子、聚苯乙烯、在封裝壁面上加肋片、膠囊封裝、容器封裝或?qū)⒉煌氖炏嘧儾牧线M行組合等，其寬度為1μm～10cm、厚度為20nm～10cm。

所述的金屬薄層貼片是al片、ag片、au片、cu片或ni片，其寬度為1μm～10cm、厚度為20nm～10cm。

所述的間隔環(huán)層的材質(zhì)是硅酸鈣、多元醇/多異氰酸酯、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、泡沫玻璃、in2o3、sno2或ito，其寬度為1μm～10cm、厚度為20nm～10cm。

所述的襯底層是聚亞胺、塑料、bk7光學玻璃，sio2、si3n4或al2o3；所述的控制單元是電控、光控、聲控或磁控開關(guān)；所述的供能單元是電能、熱能、光能或核能；

所述的多層石蠟復合相變材料結(jié)構(gòu)通過材料生長工藝實現(xiàn)，包括電子束蒸發(fā)、金屬有機化合物化學氣相沉淀、氣相外延生長和分子束外延方法。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明基于控制不同環(huán)層中石蠟復合相變材料的固-液狀態(tài)，可以有效節(jié)省能量，延長偽裝時間；在實現(xiàn)上，采用電、光控開關(guān)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。該技術(shù)在實現(xiàn)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。

綜上所述，本發(fā)明提供一種基于多層石蠟復合相變材料的可調(diào)控二維光學隱身斗篷，可以通過外加電、熱、光或磁場對改變石蠟復合相變材料這一常見材料的介電常數(shù)和磁導率分布，提供一種實現(xiàn)可調(diào)控(可開/關(guān))二維光學隱身斗篷的新技術(shù)，使得系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡單、速度快、便于操作、能耗小、實時性強和實現(xiàn)成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明提供的一種基于多層石蠟復合相變材料的二維可調(diào)控光學隱身斗篷切面圖。

圖1(b)為本發(fā)明提供的一種基于多層石蠟復合相變材料的二維可調(diào)控光學隱身斗篷俯視圖。

圖2(a)為二維可調(diào)控光學隱身斗篷示意圖。

圖2(b)為n層(n≥1)石蠟復合相變材料環(huán)層示意圖。

圖3(a)為本發(fā)明提供的一種基于n層(n≥1)石蠟復合相變材料的二維可調(diào)控光學隱身斗篷在光學隱身功能開設狀態(tài)下(即石蠟復合相變材料處于不同狀態(tài)下的)的光場分布情況。

圖3(b)為本發(fā)明提供的一種基于n層(n≥1)石蠟復合相變材料的二維可調(diào)控光學隱身斗篷在光學隱身功能關(guān)閉狀態(tài)下(即石蠟復合相變材料處于不同狀態(tài)下的)的光場分布情況。

圖中：1襯底層；2n層(n≥1)石蠟復合相變材料環(huán)層；

3石蠟復合相變材料環(huán)層；4間隔環(huán)層；5小孔；6導線；7控制單元；

8供能單元；9地線；10金屬薄層貼片。

具體實施方式

為使得本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容更加清晰，以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。其中的材料生長技術(shù)包括：電子束蒸發(fā)，金屬有機化合物化學氣相沉淀，氣相外延生長，和分子束外延技術(shù)等常用技術(shù)。其中的掩模工藝包括電子束曝光和聚焦離子束曝光等常用技術(shù)。其中的刻蝕工藝包括濕法刻蝕和干法刻蝕，如酸法刻蝕、電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕和反應離子束刻蝕等常用工藝。

實施例1

首先，通過材料生長工藝和掩模工藝，將設計好的二石蠟復合相變材料環(huán)層制備在襯底1的上表面，即以x-y水平面中心為軸由內(nèi)至外在x、y軸線方向逐層延拓形成，實現(xiàn)n層(n≥1)石蠟復合相變材料環(huán)層，如附圖2(a)所示。

其中，石蠟復合相變材料環(huán)層的設計可以采用有限時域差分法、有限元法等算法。金屬薄層貼片10通過鍍膜工藝被加工在n層(n≥1)石蠟復合相變材料環(huán)層2的底部和襯底1的上部之間。

襯底對應于每個金屬薄層貼片10處，都鉆有小孔5。小孔內(nèi)安裝導線6，導線一端連接在金屬薄層貼片10上，另一端經(jīng)過控制單元7和供能單元8接地線9，通過操控控制單元7，可以調(diào)控供能單元8對每層石蠟復合相變材料環(huán)層的加熱時間，進而控制不同環(huán)層中石蠟復合相變材料的固-液態(tài)程度，可以使每層石蠟復合相變材料環(huán)層對應不同的介電常數(shù)和磁導率系數(shù)，實現(xiàn)隱身所需的二維介電常數(shù)和磁導率系數(shù)分布，進而使光線繞過斗篷區(qū)域后，光場恢復原來的分布，實現(xiàn)光學隱身功能。最終實現(xiàn)一種基于多層石蠟復合相變材料的可調(diào)控二維光學隱身斗篷，如附圖2(b)所示。

如圖3所示，當一種基于多層石蠟復合相變材料的可調(diào)控二維光學隱身斗篷中的石蠟復合相變材料發(fā)生狀態(tài)變化，其介電常數(shù)和磁導率系數(shù)分布也會發(fā)生改變，進而實現(xiàn)光傳播方向的調(diào)控，包括開啟光學隱身功能：即為處在光學隱身斗篷中心的物體屏蔽掉外界光場干擾，同時不影響外界光場分布，不被外界所探測，即光通過該隱身斗篷后不改變其場分布(如圖3(a)所示)；關(guān)閉光學隱身功能：即光通過該光學隱身斗篷后其光場分布發(fā)生改變，導致光學隱身斗篷中心處所放的物體可以被外界所探測(如圖3(b)所示)。

以上所述是本發(fā)明應用的技術(shù)原理和具體實例，依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想所做的等效變換，只要其所運用的方案仍未超出說明書和附圖所涵蓋的精神時，均應在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特此說明。