Unter Tarnung versteht man die Fähigkeit, das von Detektoren erfasste Signal zu reduzieren und so die Überlebensraten zu verbessern. Die Kombination von Detektoren, die in mehreren Spektralbändern arbeiten, stellt jedoch eine erhebliche Herausforderung dar und erfordert die Entwicklung von Multiband-Tarntechnologien. Darüber hinaus steht die Tarnung in der Regel im Widerspruch zu den Anforderungen an die Strahlungswärmeableitung, die einen erheblichen Beitrag zum Wärmemanagement von Objekten leisten.
Objekte verraten ihre Anwesenheit typischerweise durch zwei Arten von Signalen: reflektierte Signale von externen Lichtquellen und thermische Emissionssignale von den Objekten selbst. Einerseits werden Objekte in der Natur durch externe Lichtquellen beleuchtet, wobei die Sonnenstrahlung die bedeutendste ist. Die Sonnenstrahlung gibt ihre Energie hauptsächlich im Spektralbereich von 0,15–4 μm ab und spielt eine entscheidende Rolle im sichtbaren (VIS, 400–780 nm), nahen Infrarot (NIR, 0,78–1,4 μm) und kurzwelligen Infrarot ( SWIR, 1,4–2,5 μm) Detektionsbänder.
Andererseits strahlen Objekte Energie durch thermische Emission ab, die von Detektoren erfasst werden kann, die in atmosphärischen Transmissionsfenstern arbeiten (mittelwelliges Infrarot (MWIR, 3–5 μm) und langwelliges Infrarot (LWIR, 8–14 μm). ). Mit steigender Temperatur verschiebt sich die Spitzenwellenlänge der thermischen Emission in die kurzwellige Richtung, wodurch das Strahlungssignal im SWIR-Band nicht vernachlässigbar wird.
In einem neuen Papier veröffentlicht In Licht: Wissenschaft und Anwendungen, ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Qiang Li vom State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, China, und Kollegen haben ein kompatibles Tarngerät für das gesamte Infrarotband entwickelt mit Strahlungswärmeableitung in zwei nicht detektierten Bändern (2,5–3 μm und 5–8 μm). Basierend auf dem Verständnis der Signalquellen haben sie die spektralen Merkmale von Tarngeräten vorgeschlagen:
Die Al2O3/Ge/Al2O3/Ge/ZnS/GST/Ni-Mehrschichtstruktur wird verwendet, um das ultrabreite Spektrum vom sichtbaren bis zum LWIR-Bereich zu modulieren. Die einzigartige Architektur dieser Struktur ermöglicht es, den unterschiedlichen Anforderungen des gesamten Infrarotbereichs und des sichtbaren Bereichs gerecht zu werden und gleichzeitig eine effiziente Strahlungswärmeableitung innerhalb zweier nicht erfasster Bänder zu erreichen.
Die hergestellte Probe erscheint graublau und weist ein niedriges durchschnittliches Reflexionsvermögen in den VIS/NIR-Bändern (0,129/0,281) auf. Bei einer Erwärmung auf 200 °C betragen die Strahlungstemperaturen (scheinbare Temperaturen) der Probe unter den MWIR/LWIR-Kameras lediglich 86,3 °C bzw. 94,7 °C. Im Vergleich zum Referenzschwarzkörper ist die Signalintensität der Probe darunter um 39,3 % geringer die SWIR-Kamera. Insbesondere die SWIR-Tarnleistung wird unter Sonneneinstrahlung demonstriert. Bei höheren Temperaturen zeigt die Probe in allen Beobachtungsrichtungen eine geringere Signalintensität als die Cr-Referenz. Bei niedrigeren Temperaturen behält die Probe die Kante bei, außer in der Spiegelreflexionsrichtung der Sonnenstrahlung.
Die Wirksamkeit der Strahlungswärmeableitung wird demonstriert, indem die Probe und die Cr-Referenz der gleichen elektrischen Heizleistung ausgesetzt werden. Bei einer Eingangsleistung von 20 W (entspricht einer Leistungsdichte von 2000 Wm−2) beträgt die Oberflächentemperatur der Probe 174,5 °C, was 14,4 °C niedriger ist als die der Cr-Referenz.
Diese niedrigeren Oberflächentemperaturen tragen dazu bei, die thermische Belastung zu reduzieren und die Leistung der MWIR- und LWIR-Tarnung zu verbessern.
„Diese Arbeit bietet einen umfassenden Leitfaden für die Entwicklung von Tarntechnologien, die mit Strahlungswärmeableitung kompatibel sind, gegen komplizierte Signalquellen und multispektrale Detektivtechnologien“, stellten die Wissenschaftler fest.
„Dieses Gerät zur Tarnung des gesamten Infrarotbandes kann Anwendungen erleichtern, die eine anspruchsvolle Spektrumsmanipulation erfordern, innovative Wege für moderne Wärmemanagementtechnologien anregen und zu einer energieeffizienten Zukunft beitragen“, sagen sie.
Mehr Informationen:
Bing Qin et al., Ganzinfrarotband-Tarnung mit Dualband-Strahlungswärmeableitung, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01287-z