紅外偽裝技術是指隱藏或改變目標紅外輻射特征的技術，對于提高目標的生存率具有重大意義。多波段探測技術的發展，給傳統的紅外偽裝技術帶來了嚴峻的挑戰，使得多波段兼容紅外偽裝材料的研究變得十分緊迫。

據麥姆斯咨詢報道，近期，由浙江大學和西湖大學組成的科研團隊受邀在《激光與光電子學進展》期刊上發表了以“多波段兼容紅外偽裝技術研究進展（特邀）”為主題的文章。該文章第一作者和通訊作者為浙江大學李強教授。

這項研究首先厘清各波段的偽裝要求。其次合理利用各波段材料電磁響應的不同和結構尺寸的差異，設計分層次結構以滿足不同波段的光譜要求。最后，認識到現有研究存在的不足，向著適應更多探測波段、應用場景，制備工藝更簡便、成本更低、應用性更優的方向發展。

兼容性偽裝原理

根據斯特藩-玻爾茲曼定律，影響物體熱輻射強度的因素主要有：1）物體表面的發射率；2）物體表面的溫度。因而可通過調節物體的發射率或表面溫度來調控其熱輻射強度，從而達到熱紅外波段偽裝的目的。由于一般目標的輻射強于背景，因此往往需要在常用的熱紅外探測波段（對應兩個大氣透明窗口3~5 μm和8~14 μm）抑制目標物的熱輻射信號。這可以通過減小目標物的表面發射率或降低其表面溫度來實現（圖1）。

圖1 太陽輻射與黑體輻射（100~400 ℃）的光譜輻照度及大氣透射率光譜

為應對多波段探測設備的威脅，目標物須兼顧其他探測波段的偽裝要求：

1）在可見波段，目標可采用低反射率（高吸收率或透明）表面或者與背景色相似的迷彩表面；

2）在近紅外波段，目標須考慮減少對日光、月光等自然光源或激光等人造光源的反射信號；

3）在微波波段，目標須通過吸收或散射等手段減少回波信號，減小目標物的雷達散射截面。

兼容性偽裝技術

兼容性偽裝技術要求目標物對兩個或多個波段的探測設備具有良好的偽裝效果，其實現思路一般為：

1）利用偽裝材料自身在不同波段的電磁響應特性，滿足各波段的偽裝要求；

2）將針對不同波段的偽裝材料在空間上疊加起來，使得復合結構能夠滿足各波段的偽裝要求。

值得注意的是，使用疊加方法實現兼容性偽裝，要求上層材料對下層偽裝波段透明，以保障下層材料的偽裝效果。

本研究主要從熱紅外波段與可見、微波、近紅外波段的兼容性偽裝技術研究進展出發，介紹微納光子結構在兼容性偽裝技術上的應用，對比、評述基于不同材料與結構的兼容性偽裝技術的優勢與不足。

熱紅外-可見兼容性偽裝技術

兼容可見波段偽裝的熱紅外偽裝技術要求在保障熱紅外波段低發射率的同時，在可見波段有較低的反射率（高吸收率或透明）或與背景相似的色彩特征，以提高其在肉眼和可見探測設備下的隱蔽性。

熱紅外波段的低發射率可通過金屬微納結構或介質增反膜實現。其中，金屬微納結構主要利用金屬材料在熱紅外波段的高反射特性，介質增反膜一般為設計波長在熱紅外探測波段（3~5 μm 和8~14 μm）的一維光子晶體。但是由于金屬材料和介質膜堆中的高折射率紅外透明材料（如Si、Ge 等）在可見波段也有著較高的反射率，因此需要在結構頂部增加一層可見調控層，以實現可見波段內的迷彩或減反效果。

在結構頂部增加可見調控層，利用其干涉效應產生結構色，可實現覆蓋一定色域的迷彩色。Qi等利用Ge/ZnS準周期性光子晶體實現了8~14 μm內的低發射率（約0.1），并通過調節頂部ZnS層的厚度實現對可見色彩的控制［圖2（a）］。

圖2 熱紅外-可見兼容性偽裝技術

熱紅外-微波兼容性偽裝技術

兼容微波波段偽裝的熱紅外偽裝技術要求在保障熱紅外波段低發射率的同時，對雷達波有較弱的回波信號，以減小其雷達散射截面，可以通過對雷達波的吸收或將雷達信號散射到其他方向實現。

前述的全電介質一維光子晶體在微波波段有著很高的透過率，可在其下方設置微波吸收結構或材料實現對雷達波的吸收。金屬材料在微波波段有著很高的反射率，低紅外發射率的金屬微納結構會帶來較強的雷達回波信號。為解決這一問題，可利用紅外與微波間的波長差異，將連續的金屬層分割為與微波波長尺寸相近的島狀結構。這樣，在構成微波波段的頻率選擇性表面的同時，金屬島的尺寸相比紅外波長足夠大，仍能保持紅外的低發射率特性。

圖3 熱紅外-微波兼容性偽裝技術

熱紅外-近紅外兼容性偽裝技術

與熱紅外波段不同，近紅外波段的熱輻射信號相對較弱，反射的外部光源信號往往占據主導地位。常見的近紅外信號來源有：1）太陽輻射，其在近紅外波段有著較強的輻照度，是最重要的自然光源；2）夜光，主要包括月光、星光、大氣輝光等，其輻照強度雖遠弱于太陽輻射，但在微光夜視儀等像增強設備的輔助下，仍會暴露目標物的信息；3）紅外探照燈等人造光源；4）激光雷達。實現近紅外兼容隱身，須盡量減少其反射信號，如采取近紅外波段高吸收的表面或散射表面。

圖4 熱紅外-近紅外兼容性偽裝技術

多波段兼容性偽裝技術

隨著多波段探測技術的發展，目標物須應對兩種波段以上的探測器的威脅。因此發展多波段兼容的偽裝技術也就顯得尤為重要。實現多波段兼容偽裝，一個重要的思路是利用各探測波段的波長差異，設計分層次的結構，從而滿足各個探測波段不同的偽裝需求。

圖5 多波段兼容性偽裝技術

總結

隨著先進的多波段探測技術的發展，厘清各探測波段的信號來源、偽裝要求，并設計兼容性的偽裝材料是當下偽裝技術研究的重要方向。不同于傳統的針對單一波段的偽裝材料，多波段兼容的偽裝材料需要綜合考慮材料和結構在不同波段的電磁響應，并加以合理利用。利用各探測波段的波長差異，設計分層次的結構，將滿足不同波段偽裝要求的結構復合起來是實現多波段兼容性偽裝的重要思路。針對多波段偽裝的需求，研究人員已提出多種解決方案，但未來多波段兼容性偽裝材料走向實際應用，還需解決以下問題：1）各細分波段的偽裝問題；2）材料和結構的大規模制備問題；3）材料和結構的應用性問題；4）動態調控問題。

論文鏈接：

DOI: 10.3788/LOP232321

審核編輯：劉清