專利名稱：一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗的制作方法
技術領域：
本發明屬于遙測遙感、醫療診斷、保密通訊、航空航天裝備等光學透明件的電磁屏 蔽技術領域，特別涉及一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗。
背景技術：
精密共形光學技術(Precision Conformal Optics Technology)是基于空氣動力 學原理，打破傳統光學窗以平面和半球形為主的現狀，采用非球面技術優化設計光學窗面 型，縮減空氣阻力、提高飛行速度；精密共形光學的研究成員Raytheon公司于1999年獲得 “共形光學”的國際專利 “General asphere-conic conformal optical windows”，專利號 WO 99/38033。隨著空間電磁環境的日益復雜，遙測遙感、醫療診斷、保密通訊、航空航天等領域 中的光學窗存在著嚴重的電磁干擾問題不僅有來自核輻射、雷電脈沖、宇宙射線等空間干 擾信號，還有電視廣播和衛星通信等民用信號，更有微波武器和電磁炸彈等軍用干擾信號； 由于光學窗的電磁通透性，上述電磁干擾信號將串入傳感、制導和引信系統，必將對信號提 取、檢測及處理電路產生強電磁干擾，甚至導致光電探測器能量飽和、致盲、甚至被摧毀，嚴 重影響了光電探測系統的正常工作。由此可見，光電探測系統存在的電磁干擾問題亟待解 決。目前，解決光學窗電磁干擾問題的措施主要采用透明導電薄膜、金屬誘導透射型 薄膜、頻率選擇表面技術和金屬網柵技術等。透明導電薄膜技術采用透明導電氧化物，如氧化銦錫薄膜，能實現對干擾電磁波 的吸收，優點是可見光透射率高，屏蔽頻段寬，缺點是紅外波長透射率低，無法兼顧寬頻段 的高透射率，因此應用領域局限在可見光頻段。金屬誘導透射型薄膜技術采用多層薄金屬膜與介質膜結構實現對干擾電磁波的 屏蔽，優點是可用于紅外、可見光和紫外波長，且抗電磁干擾性能好，缺點是透光率較低，還 不能滿足光學制導對高透光率的要求。頻率選擇表面技術采用周期性諧振單元結構實現帶通型濾波器，已經成功用于雷 達罩隱身領域，其優點是既能保證制導頻段的正常工作，又能反射工作頻帶以外的干擾電 磁波，缺點是金屬覆蓋率較高，導致光學透光率較低，降低了光學制導的成像質量，給光學 圖像處理、模式識別、目標搜索和跟蹤帶來困難，影響了光電制導的響應速度和性能。綜上所述，以上各種技術方案均無法同時滿足光學窗對高透光率和寬頻段電磁屏 蔽的雙重要求。相比而言，金屬網柵具有優良的透明導電性能，完全滿足光學窗對高透光率 和寬頻段電磁屏蔽的雙重要求金屬網柵的周期比干擾電磁波長小得多，是一種亞波長周 期陣列結構，干擾電磁波入射金屬網柵時，高階模衰減為倏逝波，占絕大部分能量的零級反 射波被金屬網柵散射到其他方向上去，避免干擾電磁波進入光學窗內部形成強烈的腔體散 射效應，同時金屬網柵也屏蔽了光學窗內儀器設備輻射的電磁波，降低了可探測性；與此同 時，金屬網柵也屏蔽了干擾電磁波對光電制導系統正常工作的影響，達到電磁屏蔽的功效。
3在光學制導波段，由于金屬網柵周期遠大于光學波長，通光率很高，同時金屬線寬比光學波 長小得多，對光學成像系統的零級點擴散函數影響甚微，所以金屬網柵可以保證光學波長 的高透射率；此外，金屬網柵與框架相鏈接，還具有除霜霧、防靜電的功能，因此金屬網柵在 光學窗電磁屏蔽技術領域獲得了廣泛的應用1. ^H^^lJ US4871220"Short wavelength pass filter having a metal mesh on a semiconducting substrate”描述了一種具有正方形結構的金屬網柵，用于實現光學 窗的抗電磁干擾性能；然而正方形結構的金屬網柵難以實現在共形光學窗上均勻分布。2.專利03135313. 5 “一種電磁屏蔽觀察窗”用單重或多重金屬絲網以及類半導體 量子阱結構組合成電磁屏蔽結構，可實現IOGHz以內超過50dB的屏蔽效率，該結構在可見 光高透射區域的透光率達到50%以上；然而這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均 勻分布。3.專利93242068.0 “電磁屏蔽玻璃”在兩層玻璃之間夾導電金屬網，在玻璃外側 用導電透明膜使之粘合在金屬窗框上以構成電磁屏蔽結構，該結構有一定的采光性；然而 這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均勻分布。4.專利94231862. 5 “無莫爾條紋電磁屏蔽觀察窗”采用由兩層數目不同的金屬網 平行放置，且它們經線或則緯線有一定的夾角，以達到克服莫爾條紋現象，實現更清晰的視 野；然而這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均勻分布。5.專利0215754. 7 “高屏效防信息泄漏玻璃”在金屬絲網兩側各有一層聚碳酸酯 膠片，膠片外側貼附一層玻璃，最后組合而成電磁屏蔽結構，該結構在透光率達到60%的情 況下，具有較強的屏蔽效率；然而這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均勻分布。6.專利200610084149. 8 “電磁波屏蔽薄膜及其制造方法”描述了一種基于光刻工 藝形成的具有金屬網狀圖案的高透明電磁屏蔽薄膜，該發明的主要目的在于減少金屬耗用 量和克服在金屬層和薄膜基材之間使用固化膠造成的環境污染；然而這種金屬網柵也難以 實現在共形光學窗上均勻分布。7.專利200610010066. 4 “具有圓環金屬網柵結構的電磁屏蔽光學窗”描述了一種 具有圓環外形的金屬網柵單元，用于實現光學窗的電磁屏蔽功能；然而這種金屬網柵也難 以實現在共形光學窗上均勻分布。8.專利200810063988. 0 “一種具有雙層方格金屬網柵結構的電磁屏蔽光學窗”描 述了一種由兩層結構參數相同的方格金屬網柵或則金屬絲網平行放置與光學窗或透明襯 底兩側構成的電磁屏蔽光學窗，在不降低透光率的同時，大幅度提高了電磁屏蔽效率；然而 這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均勻分布。9.專利200810063987. 6 “一種具有雙層圓環金屬網柵結構的電磁屏蔽光學窗”描 述了一種由兩層圓環金屬網柵加載于光學窗兩側構成的電磁屏蔽光學窗，解決高透光率和 強電磁屏蔽效率不能同時兼顧的問題；然而這種金屬網柵也難以實現在共形光學窗上均勻 分布。上述傳統的正方形和圓環形金屬網柵適用于平面光學窗，卻難以實現在球面、非 球面等深度曲面光學窗上均勻分布。專利02133149. 9 “一種凹球面光刻刻劃機”描述了一 種在凹球面上制造超微細元件的光刻機，可以用于加工“緯緯相交型”金屬網柵，該“緯緯相 交型”金屬網柵結構設計和制作工藝利用了球形窗內表面的同心特性，然而這種“緯緯相交型”金屬網柵僅適用于球面光學窗，而共形光學窗是一種深度非球面結構，不具有球面光學 窗的同心性的優點，因此“緯緯相交型”凹球面網柵不再適用于共形光學窗的抗電磁干擾技 術，這也正是其缺點所在。
發明內容
本發明的目的在于克服上述已有的光學窗電磁屏蔽技術方案的不足，設計一種具 有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，以期該技術使共形光學窗具有高效能和寬頻段 的電磁屏蔽功能。本發明的技術方案是一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，包括共形光學窗殼體，①在共 形光學窗殼體內側面上制作經緯形金屬網柵，該經緯形金屬網柵將共形光學窗殼體內側表 面整體覆蓋，或者②在共形光學窗殼體內表面上從外至內依次制作經緯形金屬網柵和共形 光學窗內殼體，且經緯形金屬網柵將共形光學窗殼體的內表面和共形光學窗內殼體的外表 面整體覆蓋；經緯形金屬網柵由金屬經線和金屬緯線組成，金屬經線沿圓周方向以等圓心 角均勻排列，金屬緯線沿母線方向以金屬網柵周期等間距排列，且金屬經線和金屬緯線互 相電氣連接。經緯形金屬網柵的材料為導電率良好的純質金屬或合金，純質金屬包括金、銀、 銅、鋁。經緯形金屬網柵金屬線的厚度大于200nm。經緯形金屬網柵的線寬大于1 μ m。經緯形金屬網柵的周期小于干擾電磁波最小波長的二分之一。本發明具有如下新穎性和顯著效果1.本發明中充分將金屬網柵技術和共形光學窗技術有機結合，設計了一種具有經 緯形金屬網柵結構的共形電磁屏蔽光學窗，解決了共形光學窗金屬網柵的結構設計問題， 提高了共形光學窗的電磁屏蔽性能，實現了金屬化的共形光學窗與飛行器外形的一體化設 計，既縮減了共形光學窗的雷達散射截面，又提高了電磁屏蔽性能，是平面金屬網柵所不具 備，這是本發明區別于現有電磁屏蔽光學窗的新穎性和顯著效果之一。2.本發明中經緯形金屬網柵結構具有等間距的周期緯線設計，保證了金屬網柵在 母線方向上分布的周期性和均勻性；同時具有相鄰緯線間沿徑向分布的準周期經線設計， 保證了經緯形金屬網柵在經線方向上分布的周期性和均勻性。因此，經緯形金屬網柵可使 共形光學窗具有高效能的抗電磁干擾性能。該新型金屬網柵結構既克服了傳統正方形金屬 網柵在曲面光學窗上產生的周期分布不均勻和網柵單元畸變的缺點，又保證了高性能的抗 電磁干擾性能，這是本發明區別于現有電磁屏蔽光學窗的新穎性和顯著效果之二。3.本發明中經緯形金屬網柵結構中相鄰緯線間的周期經線設計，保證了感性網柵 在共形光學窗上的良好導電性。金屬網柵的良好導電性也保證了共形光學窗良好的抗電磁 干擾性能，同時金屬網柵屏蔽 共形光學窗電磁散射腔體效應，這是本發明區別于現有電 磁屏蔽光學窗的新穎性和顯著效果之三。
圖1為本發明所述的共形光學窗殼體內側面上制作經緯形金屬網柵的共形電磁 屏蔽光學窗示意圖。圖2為本發明所述的在共形光學窗殼體內表面上從外到內依次制作經緯形金屬 網柵和共形光學窗內殼體的共形電磁屏蔽光學窗示意圖。圖3為本發明所述的經緯形金屬網柵示意圖。圖中件號1為共形光學窗殼體，2為經緯形金屬網柵，3為共形光學窗內殼體。
具體實施例方式下面參照附圖和優選實施例對本發明進行進一步的描述一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，包括共形光學窗殼體1，①在共 形光學窗殼體1內側面上制作經緯形金屬網柵2，該經緯形金屬網柵2將共形光學窗殼體 1內側表面整體覆蓋，或者②，在共形光學窗殼體1內表面上從外至內依次制作經緯形金屬 網柵2和共形光學窗內殼體3，且經緯形金屬網柵2將共形光學窗殼體1的內表面和共形光 學窗內殼體3的外表面整體覆蓋；經緯形金屬網柵2由金屬經線和金屬緯線組成，金屬經線 沿圓周方向以等圓心角均勻排列，金屬緯線沿母線方向以金屬網柵周期等間距排列，且金 屬經線和金屬緯線互相電氣連接。經緯形金屬網柵2的材料為金屬鋁。經緯形金屬網柵2的金屬線的厚度為500nm。經緯形金屬網柵2的線寬為5 μ m。經緯形金屬網柵2的周期為300 μ m。
權利要求
一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，包括共形光學窗殼體(1)，其特征在于①，在共形光學窗殼體(1)內側面上制作經緯形金屬網柵(2)，該經緯形金屬網柵(2)將共形光學窗殼體(1)內側表面整體覆蓋，或者②，在共形光學窗殼體(1)內表面上從外至內依次制作經緯形金屬網柵(2)和共形光學窗內殼體(3)，且經緯形金屬網柵(2)將共形光學窗殼體(1)的內表面和共形光學窗內殼體(3)的外表面整體覆蓋；經緯形金屬網柵(2)由金屬經線和金屬緯線組成，金屬經線沿圓周方向以等圓心角均勻排列，金屬緯線沿母線方向以金屬網柵周期等間距排列，且金屬經線和金屬緯線互相電氣連接。
2.根據權利要求1所述的一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，其特征在 于經緯形金屬網柵(2)的材料為導電率良好的純質金屬或合金，純質金屬包括金、銀、銅、
3.根據權利要求1所述的一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，其特征在 于經緯形金屬網柵(2)的金屬線厚度大于200nm。
4.根據權利要求1所述的一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，其特征在 于經緯形金屬網柵(2)的線寬大于1 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗，其特征在 于經緯形金屬網柵(2)的周期小于干擾電磁波最小波長的二分之一。
全文摘要
一種具有經緯形網柵結構的電磁屏蔽共形光學窗屬于光學透明件的電磁屏蔽技術領域，包括共形光學窗殼體，①在共形光學窗殼體內側面上制作經緯形金屬網柵，該經緯形金屬網柵將共形光學窗殼體內側表面整體覆蓋，或者②在共形光學窗殼體內表面上從外至內依次制作經緯形金屬網柵和共形光學窗內殼體，且經緯形金屬網柵將共形光學窗殼體的內表面和共形光學窗內殼體的外表面整體覆蓋；經緯形金屬網柵由金屬經線和金屬緯線組成，金屬經線沿圓周方向以等圓心角均勻排列，金屬緯線沿母線方向以金屬網柵周期等間距排列，且金屬經線和金屬緯線互相電氣連接；本發明適用于遙測遙感、醫療診斷、保密通訊、航空航天裝備等軍用和民用共形光學窗的電磁屏蔽技術。
文檔編號H05K9/00GK101917837SQ20101023935
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者劉永猛, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業大學