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在前沿基础科学研究和尖端航空航天领域中,透明电磁屏蔽是当前最具有挑战性和战略性的课题。为实现这一目标,作为所有光电仪器必要的信息通道,具备高透明性的光学窗必须同时具备一定的电磁屏蔽能力以实现整体雷达特征信号的减缩,及减小电磁信号对精密仪器干扰的能力。随着近年来电磁波技术的不断发展,及雷达和精密光电仪器探测技术的进步,对透明电磁屏蔽技术提出了高性能和超宽频带的极限挑战。金属网栅滤波技术具有高透光和低频段强电磁屏蔽特性,在透明电磁屏蔽领域极具潜力,然而目前仍存在仍然存在高级次衍射能量分布集中影响成像质量和电磁屏蔽带宽严重受限及电磁屏蔽以电磁反射为主造成二次电磁污染等问题。解决上述问题实现“高透光、宽频带强电磁屏蔽和低电磁反射”的高性能电磁屏蔽涉及一系列科学与技术领域关键问题,国内外至今尚未解决,成为该领域的前沿课题。本博士学位论文通过研究金属网栅滤波技术存在的电磁屏蔽性能与屏蔽带宽之间的固有矛盾、电磁屏蔽以电磁反射为主造成二次电磁污染和高级次衍射能量分布集中等问题,针对不同应用需求,分别提出了基于超薄掺杂银膜(<10 nm)的透明超宽频带强电磁屏蔽方法和基于多周期微环阵列的金属网栅结构,进一步通过使用石墨烯薄膜和掺杂银膜构建非对称法布里-珀罗腔来实现在特定波段对电磁波的完美吸收。论文在上述各个方面涉及的科学问题和主要技术问题进行了深入地理论分析与实验验证,主要内容和结果如下:1.为解决金属网栅滤波技术电磁屏蔽带宽受限的问题,提出一种基于超薄掺杂银膜的透明超宽频带强电磁屏蔽方法。根据金属共沉积生长工艺,在银膜生长过程中掺入少量的铜,抑制了超薄银膜生长初期的岛状生长模式,得到厚度仅为8 nm的表面连续、粗糙度极低、导电性能良好的的掺杂银膜,克服了纯银膜在超薄厚度条件下薄膜不连续导致导电性差的问题;进而,利用导电介质作为光学减反膜,构建氧化铟锡/掺杂银膜/氧化铟锡多层膜系结构,实现高透光、超宽抑制频带、强电磁屏蔽效率高性能的透明电磁屏蔽。基于多光束干涉原理和传输线理论分别建立了多层纳米薄膜的光学传输和电磁传输模型,并通过实验验证了模型的有效性和准确性。实验结果表明,氧化铟锡/掺杂银膜/氧化铟锡多层纳米薄膜的可见光波段透光率为96.5%,实测从8 GHz~40 GHz范围内电磁波屏蔽效率为26 dB,且没有任何下降趋势。相比传统方格金属网栅结构,透光率提升了1.5%,屏蔽效率提升了8 dB,实测从8 GHz~40 GHz范围内屏蔽带宽提升了26 GHz。同时,掺杂银膜沉积工艺不涉及任何掩膜加工和光刻工艺技术,大大降低了工艺复杂性和加工成本2.为解决金属基导电型透明电磁屏蔽技术以电磁反射为主造成二次电磁污染的问题,提出一种基于石墨烯与掺杂银膜复合结构的透明完美微波吸收方法。将石墨烯与掺杂银膜组成非对称的法布里-珀罗腔结构,提出了该腔体对特定波段电磁波完美吸收的条件,实现电磁吸收率大幅提升。根据转移矩阵法建立了该腔体的电磁传输模型,并基于耦合模式理论对腔体的电磁吸收特性进行描述,得到了腔体微波段的电磁吸收特性。实验表明,在石墨烯的费米能级为0.3 eV,弛豫时间为20 ps的条件下,当非对称法布里-珀罗腔介质层厚度为3 mm时,在13.75GHz腔体结构实现了电磁波的近完美吸收。此时电磁吸收率为99.5%,电磁透射率为0.3%,同时在可见光波段,腔体的透光率为87.0%,相对透射率为93.0%。3.为解决金属网栅滤波技术存在的高级次衍射能量分布集中的问题,提出一种于基于多周期微环阵列的金属网栅结构。进一步将多周期微环金属网栅与掺杂银膜复合得到双层屏蔽结构,缓解透光率和电磁屏蔽效率之间的矛盾。在基于三角分布的基本圆环阵列中引入子圆环,使基本圆环周期扩大而衍射降低,且子圆环不与基本圆环衍射叠加,并进一步从“对称破坏”角度使相邻子圆环位置相对旋转,打破结构对称性,使多周期圆环阵列单元分布更疏散,最终使得衍射分布深度均化。基于惠更斯-菲涅尔原理建立了基于多周期微环金属网栅的夫琅禾费衍射光强分布模型,揭示了网栅结构设计参数和子圆环旋转等对衍射分布的影响规律;基于复数等效折射率模型和等效电磁参数模型建立了多周期微环金属网栅的电磁传输模型,并通过实验验证了上述建立模型的有效性和精确性。实验表明,基于多周期微环结构的金属网栅可以极大地均化高级次衍射能量分布,解决传统金属网栅结构衍射分布集中的问题。在可见光透光率为95.2%时,其最大归一化高级次衍射能量为0.0167%,与相同透光率的方格金属网栅相比,下降了近90%,并且Ku波段(12 GHz~18 GHz)电磁屏蔽效率提升了3 dB;多周期微环网栅金属网栅与掺杂银膜复合的双层结构透光率为92.0%,在双层间距为4 mm时,Ku波段电磁屏蔽效率为45 dB。本论文提出的基于超薄掺杂银膜的新型透明电磁屏蔽技术可以实现高透光、低成像质量影响、超宽频带强电磁屏蔽和低电磁反射等性能。这些技术指标列于目前所见国内外相关报道的最好水平中,为新一代透明电磁屏蔽技术奠定了基础。