多波段兼容红外伪装技术研究进展综述

红外伪装技术是指隐藏或改变目标红外辐射特征的技术，对于提高目标的生存率具有重大意义。多波段探测技术的发展，给传统的红外伪装技术带来了严峻的挑战，使得多波段兼容红外伪装材料的研究变得十分紧迫。

据麦姆斯咨询报道，近期，由浙江大学和西湖大学组成的科研团队受邀在《激光与光电子学进展》期刊上发表了以“多波段兼容红外伪装技术研究进展（特邀）”为主题的文章。该文章第一作者和通讯作者为浙江大学李强教授。

这项研究首先厘清各波段的伪装要求。其次合理利用各波段材料电磁响应的不同和结构尺寸的差异，设计分层次结构以满足不同波段的光谱要求。最后，认识到现有研究存在的不足，向着适应更多探测波段、应用场景，制备工艺更简便、成本更低、应用性更优的方向发展。

兼容性伪装原理

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，影响物体热辐射强度的因素主要有：1）物体表面的发射率；2）物体表面的温度。因而可通过调节物体的发射率或表面温度来调控其热辐射强度，从而达到热红外波段伪装的目的。由于一般目标的辐射强于背景，因此往往需要在常用的热红外探测波段（对应两个大气透明窗口3~5 μm和8~14 μm）抑制目标物的热辐射信号。这可以通过减小目标物的表面发射率或降低其表面温度来实现（图1）。

图1 太阳辐射与黑体辐射（100~400 ℃）的光谱辐照度及大气透射率光谱

为应对多波段探测设备的威胁，目标物须兼顾其他探测波段的伪装要求：

1）在可见波段，目标可采用低反射率（高吸收率或透明）表面或者与背景色相似的迷彩表面；

2）在近红外波段，目标须考虑减少对日光、月光等自然光源或激光等人造光源的反射信号；

3）在微波波段，目标须通过吸收或散射等手段减少回波信号，减小目标物的雷达散射截面。

兼容性伪装技术

兼容性伪装技术要求目标物对两个或多个波段的探测设备具有良好的伪装效果，其实现思路一般为：

1）利用伪装材料自身在不同波段的电磁响应特性，满足各波段的伪装要求；

2）将针对不同波段的伪装材料在空间上叠加起来，使得复合结构能够满足各波段的伪装要求。

值得注意的是，使用叠加方法实现兼容性伪装，要求上层材料对下层伪装波段透明，以保障下层材料的伪装效果。

本研究主要从热红外波段与可见、微波、近红外波段的兼容性伪装技术研究进展出发，介绍微纳光子结构在兼容性伪装技术上的应用，对比、评述基于不同材料与结构的兼容性伪装技术的优势与不足。

热红外-可见兼容性伪装技术

兼容可见波段伪装的热红外伪装技术要求在保障热红外波段低发射率的同时，在可见波段有较低的反射率（高吸收率或透明）或与背景相似的色彩特征，以提高其在肉眼和可见探测设备下的隐蔽性。

热红外波段的低发射率可通过金属微纳结构或介质增反膜实现。其中，金属微纳结构主要利用金属材料在热红外波段的高反射特性，介质增反膜一般为设计波长在热红外探测波段（3~5 μm 和8~14 μm）的一维光子晶体。但是由于金属材料和介质膜堆中的高折射率红外透明材料（如Si、Ge 等）在可见波段也有着较高的反射率，因此需要在结构顶部增加一层可见调控层，以实现可见波段内的迷彩或减反效果。

在结构顶部增加可见调控层，利用其干涉效应产生结构色，可实现覆盖一定色域的迷彩色。Qi等利用Ge/ZnS准周期性光子晶体实现了8~14 μm内的低发射率（约0.1），并通过调节顶部ZnS层的厚度实现对可见色彩的控制［图2（a）］。

图2 热红外-可见兼容性伪装技术

热红外-微波兼容性伪装技术

兼容微波波段伪装的热红外伪装技术要求在保障热红外波段低发射率的同时，对雷达波有较弱的回波信号，以减小其雷达散射截面，可以通过对雷达波的吸收或将雷达信号散射到其他方向实现。

前述的全电介质一维光子晶体在微波波段有着很高的透过率，可在其下方设置微波吸收结构或材料实现对雷达波的吸收。金属材料在微波波段有着很高的反射率，低红外发射率的金属微纳结构会带来较强的雷达回波信号。为解决这一问题，可利用红外与微波间的波长差异，将连续的金属层分割为与微波波长尺寸相近的岛状结构。这样，在构成微波波段的频率选择性表面的同时，金属岛的尺寸相比红外波长足够大，仍能保持红外的低发射率特性。

图3 热红外-微波兼容性伪装技术

热红外-近红外兼容性伪装技术

与热红外波段不同，近红外波段的热辐射信号相对较弱，反射的外部光源信号往往占据主导地位。常见的近红外信号来源有：1）太阳辐射，其在近红外波段有着较强的辐照度，是最重要的自然光源；2）夜光，主要包括月光、星光、大气辉光等，其辐照强度虽远弱于太阳辐射，但在微光夜视仪等像增强设备的辅助下，仍会暴露目标物的信息；3）红外探照灯等人造光源；4）激光雷达。实现近红外兼容隐身，须尽量减少其反射信号，如采取近红外波段高吸收的表面或散射表面。

图4 热红外-近红外兼容性伪装技术

多波段兼容性伪装技术

随着多波段探测技术的发展，目标物须应对两种波段以上的探测器的威胁。因此发展多波段兼容的伪装技术也就显得尤为重要。实现多波段兼容伪装，一个重要的思路是利用各探测波段的波长差异，设计分层次的结构，从而满足各个探测波段不同的伪装需求。

图5 多波段兼容性伪装技术

总结

随着先进的多波段探测技术的发展，厘清各探测波段的信号来源、伪装要求，并设计兼容性的伪装材料是当下伪装技术研究的重要方向。不同于传统的针对单一波段的伪装材料，多波段兼容的伪装材料需要综合考虑材料和结构在不同波段的电磁响应，并加以合理利用。利用各探测波段的波长差异，设计分层次的结构，将满足不同波段伪装要求的结构复合起来是实现多波段兼容性伪装的重要思路。针对多波段伪装的需求，研究人员已提出多种解决方案，但未来多波段兼容性伪装材料走向实际应用，还需解决以下问题：1）各细分波段的伪装问题；2）材料和结构的大规模制备问题；3）材料和结构的应用性问题；4）动态调控问题。

论文链接：

DOI: 10.3788/LOP232321

审核编辑：刘清