全红外波段伪装，双波段辐射散热

与辐射散热兼容的全红外波段和可见光波段伪装原理。典型的探测波段范围从可见光到长波红外和两个主要信号源:太阳辐射的反射和物体的热辐射。b用于对抗多波段探测器的理想波长选择发射器的吸收/发射光谱(黑线)。红色和蓝色区域分别代表太阳辐照光谱和大气透射光谱。c-e不同物体温度下太阳辐射和黑体辐射在近红外、SWIR和MWIR波段的波段积分辐照度。不同平均发射率(ε = 0.25, 0.5, 0.75)目标的总检测信号强度用实线表示。学分:光:科学与应用(2023)。DOI: 10.1038/s41377-023-01287-z

伪装是指减少探测器捕捉到的信号，从而提高存活率的能力。然而，在多个光谱波段工作的探测器组合提出了一个重大挑战，需要发展多波段伪装技术。此外，伪装通常与辐射散热需求相冲突，这对物体的热管理有重要贡献。

物体通常通过两种类型的信号来暴露它们的存在:来自外部光源的反射信号和来自物体本身的热辐射信号。一方面，自然界中的物体受到外界光源的照射，其中太阳辐射最为重要。太阳辐射主要在0.15 ~ 4 μm的光谱范围内发射能量，在可见光(VIS, 400 ~ 780 nm)、近红外(NIR, 0.78 ~ 1.4 μm)和短波红外(SWIR, 1.4 ~ 2.5 μm)的探测波段中起着至关重要的作用。

另一方面，物体通过热辐射辐射能量，这可以被工作在大气透射窗口(中波红外(MWIR, 3-5 μm)和长波红外(LWIR, 8-14 μm)的探测器探测到。随着温度的升高，热发射的峰值波长向短波方向移动，使得在SWIR波段的辐射信号不可忽略。

中国浙江大学光学科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室李强教授及其同事在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，开发了一种全红外波段伪装装置，该装置可在2.5-3 μm和5-8 μm两个未探测波段(2.5-3 μm和5-8 μm)兼容辐射散热。基于对信号源的了解，他们提出了伪装装置的频谱特征:

在SWIR波段，低发射率具有更广泛的应用范围。太阳的最高辐照度与330°C的黑体相似。然而，在太阳辐照度普遍低于其最高水平的实际情况下，抑制热发射对降低总信号强度的贡献更大。

在MWIR和LWIR波段，由于热发射通常占探测信号的主导地位，而太阳的强度弱到可以忽略不计，因此低发射率更适合。

在可见光和近红外波段，低反射率是最好的，因为被探测信号的主要来源是反射的太阳辐射，而热发射通常是微不足道的。

采用Al2O3/Ge/Al2O3/Ge/ZnS/GST/Ni多层结构调制从可见光到低红外的超广谱。这种结构的独特结构使其能够满足整个红外范围和可见光范围的不同需求，同时在两个未被检测到的波段内实现高效的辐射散热。制备的样品呈灰蓝色，在VIS/NIR波段具有较低的平均反射率(0.129/0.281)。当加热至200℃时，样品在MWIR/LWIR相机下的辐射(视)温度仅为86.3℃/94.7℃，与参考黑体相比，样品在SWIR相机下的信号强度降低了39.3%。特别是，在太阳辐射下，SWIR伪装性能得到了验证。在较高的温度下，样品在所有观测方向上都表现出比参考铬小的信号强度。而在较低温度下，除了太阳辐射的镜面反射方向外，样品保持边缘。通过将样品和参考铬置于相同的输入电加热功率下，证明了辐射散热的有效性。在20 W的输入功率(相当于2000 Wm−2的功率密度)下，样品的表面温度为174.5℃，比参考Cr低14.4℃。

这些较低的表面温度有助于减少热负荷，提高MWIR和LWIR伪装的性能。科学家们指出:“这项工作为开发与辐射散热兼容的伪装技术提供了全面的指导方针，可以对抗复杂的信号源和多光谱探测技术。”他们说:“这种全红外波段伪装装置可以促进需要复杂光谱操作的应用，并刺激现代热管理技术的创新途径，并为节能的未来做出贡献。”