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论文信息：
Dongmei Yu, Xinzhi Wang, Yigao Ma, Mingjun Chen, Jia Shen, Yang Li, Xiaohong Wu, Dual-dielectric Fabry-Perot film for visible-infrared compatible stealth and radiative heat dissipation, Optics Communications Volume 574, 131173 (2025).
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2024.131173
热辐射对空间卫星的热管理和隐身有着重要的贡献。热管理系统是各种空间飞行器部件设计中的关键考虑因素，因为空间飞行器的过热会影响空间飞行器的正常和安全运行。由于空间卫星的高真空环境，辐射散热是唯一的散热方式。因此，设计具有特定辐射性能的热控制涂层是热管理系统的重要组成部分之一。为了实现最大的冷却效率，散热器的热辐射通常被设计成高红外发射率的宽频带。随着空间技术的发展，卫星隐身在未来空间攻防体系中占有独特的地位。与散热相反，卫星红外隐身需要在两个大气窗口抑制热辐射能量，这两个窗口通常用作红外探测器的探测窗口。为了克服这一矛盾，红外隐身材料需要波长选择性热辐射。此外，还要求多波段伪装设计同时满足可见隐身和红外隐身。为了同时满足空间卫星的热管理和隐身要求，需要具有高可见光吸收率、低大气窗口热发射率和高非大气窗口热发射率的多光谱隐身膜。
空间卫星的多波段伪装技术越来越受到人们的关注。然而，空间卫星兼容伪装和辐射散热的结合仍然具有挑战性，这需要在黑暗和深冷背景下的低能见度和选择性热发射。本文提出了一种双介电Ge/SiO2层嵌入法布里-珀罗多层膜，用于空间隐身和散热。设计合适厚度的Ge和SiO2薄膜，同时实现高可见吸收和光谱选择性红外发射。优化后的多层膜具有较高的可见光吸光度，较低的可见光发射率，在大气窗外具有较高的辐射散热发射率。仿真结果表明，超薄金属W薄膜中隧穿效应与法布里-珀罗共振的耦合作用是导致超薄金属W薄膜具有优异的吸收率和发射率可调性的主要原因。所提出的双间隔嵌入法布里-珀罗多层膜为空间卫星的多光谱伪装和其他应用（如太阳能热转换、热管理、节能和探测技术）铺平了新的道路。![]()
图1.(a)双介电层法布里-珀罗基多层膜示意图。(b)电磁波的大气透过光谱和理想的可见-红外光谱。
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图2.在可见光0.38-0.80μm 范围内的折射率n和消光系数k,(a)W;(b)二氧化硅;(c)Ge;红外波段3-14μm (d)W；(e)二氧化硅;(f)Ge。
图3.在空气和(a)1μmW薄膜之间的界面下方0.5 nm处放置电流点源的辐射；(b)5nmW膜。(c)1μm和5nmW膜上正常入射光的电场分布。(d)不同厚度W膜在空气-W界面处|E/E0|的模拟值。(e)5nm和1μm的发射光谱。(f)不同厚度的平均可见光吸收率和发射率。![]()
图4.(a)法布里-珀罗腔的结构。(b) W/Ge/W多层膜的发射率随波长和锗厚度的变化。(c)随锗厚度变化的W/Ge/W多层膜的可见-红外兼容光谱。
图5.优化多层膜内(a)和外(d) SiO2厚度的示意图结构。模拟吸收率随（b, e） SiO2外层、内层厚度的变化。模拟发射率随（c, f）外、内SiO2层厚度的变化。(g) RMSD随SiO2膜厚的变化曲线。(h) W/Ge/SiO2/W/SiO2多层膜和理想的选择性可见光-红外兼容隐身材料的光谱吸收率和光谱法向发射率曲线。W/Ge/SiO2/W/SiO2多层膜在波长(i) 600 nm，波长(k) 6 μm处的电场分布。W/Ge/SiO2/W/SiO2多层膜在(j) 600 nm, (l) 6 μm波长处的功率吸收密度。
本文提出了一种使用双介电间隔嵌入法布里-珀罗腔的多层结构，以同时实现可见红外兼容隐身和辐射散热。模拟了不同介电厚度多层膜的吸收-发射光谱，确定了最佳参数和峰值波长。在0.38-0.80μm的可见光范围内，多层膜的吸光率达到0.983。同时，在大气3-5μm和8-14μm波段，发射率可控制在0.038和0.200；在非大气5-8μm波段，发射率可控制在0.487。此外，通过电场分布解释了隐身和辐射散热的物理机制。本研究表明，双介电间隔的法布里-珀罗腔结构在可见-红外兼容隐身和辐射散热方面具有很好的潜力，为兼容隐身技术提供了更有效的解决方案。
