幾種屏蔽布在太赫茲波段的屏蔽效果研究

1、引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，未來戰(zhàn)場(chǎng)上的各種武器系統(tǒng) 面臨著嚴(yán)峻的威脅，隱身技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是提高武器系統(tǒng)生存能力和突防能力的有效手段。屏蔽材料的發(fā)展和應(yīng)用是隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，受到世界各主要 軍事國家的高度重視。國外已經(jīng)出現(xiàn)了不少兼容多頻段的隱身材料專利，目前國內(nèi)一些單位也分別研制了多波段偽裝遮障，采用可見光、紅外、雷達(dá)兼容隱身設(shè)計(jì)技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多波段隱身。盡管目前隱身屏蔽材料已在微波、紅外等波段取得了很大的成果，但目前在太赫茲頻段之間的研究甚少。

太赫茲輻射通常指的是頻率在（0.1~10）THz（波長(zhǎng)在30μm~3mm）區(qū)間的遠(yuǎn)紅外電磁輻射，其波段位于微波和紅外之間。它的獨(dú)特性能給通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電磁武器、安全檢查等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響，也將在軍事防御和安全方面引發(fā)新的變革。

應(yīng)用太赫茲光譜技術(shù)對(duì)屏蔽材料進(jìn)行研究應(yīng)用于軍事、國防、航天與安全等領(lǐng)域有重大意義。為此對(duì)四種屏蔽布在太赫茲波段的屏蔽性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了這幾種 屏蔽布的折射率曲線和屏蔽效能曲線，實(shí)驗(yàn)表明這幾種材料對(duì)太赫茲波有很好的屏蔽效能，在某種程度上可以做太赫茲屏蔽材料使用。

2、電磁屏蔽

電磁屏蔽主要是用來防止高頻電磁場(chǎng)的影響，從而有效地控制電磁波從某一區(qū)域向另一區(qū)域進(jìn)行輻射傳播。其基本原理是采用低電阻值的導(dǎo)體材料，利用電磁波在屏蔽 導(dǎo)體表面的反射、在導(dǎo)體內(nèi)部的吸收及傳輸過程的損耗而產(chǎn)生屏蔽作用，通常用屏蔽效能（SE）表示。其值用不存在屏蔽時(shí)空間防護(hù)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)（E₁ 或H₁）與存在屏蔽時(shí)該區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)（E₂或H₂）的比值來度量，單位是分貝（dB）。公式定義為：

SE=20log（E₁/E₂） （1）
SE=20log（H₁/H₂） （2）
SE=10log（P₁/P₂） （3）

式中，E₁，E₂ 為屏蔽前、后的電場(chǎng)強(qiáng)度；H₁，H₂ 為屏蔽前后的磁場(chǎng)強(qiáng)度；P₁，P₂ 為屏蔽前后的能量場(chǎng)強(qiáng)度。影響屏蔽效能SE的因素很多，主要是電磁場(chǎng)的頻率及材料的電磁參數(shù)。

通常，屏蔽效能的具體分類為：0~10dB幾乎沒屏蔽作用；10~30dB有較小的屏蔽作用；30~60dB中等屏蔽效能，可用于一般工業(yè)或商業(yè)用電子產(chǎn) 品；60~90dB屏蔽效能較高，可用于航空航天及軍用儀器設(shè)備的屏蔽；90dB以上的屏蔽材料則具有最好屏蔽效能，適用于要求苛刻的高精度、高敏感度產(chǎn) 品。根據(jù)實(shí)用需要，對(duì)于大多數(shù)電子產(chǎn)品的屏蔽材料，在30~1000Hｚ頻率，其SE至少達(dá)到35dB以上，才認(rèn)為是有效的屏蔽。

3、實(shí)驗(yàn)裝置與樣品

實(shí)驗(yàn)用的是首都師范大學(xué)物理系太赫茲時(shí)域光譜透射系統(tǒng)（如圖1所示），主要由飛秒激光器、太赫茲輻射產(chǎn)生裝置、太赫茲輻射探測(cè)裝置和時(shí)間延遲控制系統(tǒng)組成。 此系統(tǒng)使用的是由光譜物理公司生產(chǎn)的自鎖模可調(diào)諧式鈦藍(lán)寶石激光器，其脈沖中心波長(zhǎng)為800nm，重復(fù)頻率為82MHz，脈寬為100fs，輸出功率為 1043mW。鈦藍(lán)寶石產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)分束棱鏡（CBS）被分為兩束，一束作為泵浦光，另一束作為探測(cè)光。泵浦光經(jīng)過頻率為1.1kHz的斬波器調(diào) 制，通過時(shí)間延遲臺(tái)入射到透鏡L1，經(jīng)透鏡聚焦以45°入射角照射在＜100＞－InAS晶體表面上，從而輻射出太赫茲脈沖，經(jīng)兩對(duì)表面鍍金的離軸拋面鏡 準(zhǔn)直和聚焦，通過一個(gè)高阻硅薄片，聚焦在＜110＞－ZnTe晶體上；另一束激光脈沖—探測(cè)光經(jīng)過一系列的反射鏡、透鏡L2、偏振片P與太赫茲脈沖同時(shí)聚 焦在＜110＞－ZnTe晶體的同一位置，此時(shí)ZnTe晶體中發(fā)生電光效應(yīng)。偏振態(tài)被調(diào)制的探測(cè)光經(jīng)過四分之一波片（QWP）和透鏡L3聚焦到渥拉斯頓棱 鏡（PBS），分為偏振方向互相垂直的兩個(gè)分量，被差分探測(cè)器———光電二極管探測(cè)，經(jīng)鎖相放大器解調(diào)后輸入計(jì)算機(jī)利用Labview編寫的控制軟件得到 太赫茲脈沖時(shí)域信息。本文利用這個(gè)裝置探測(cè)到的有效譜寬是（0.1~2.5）THz，頻譜分辨率50GHｚ，信噪比600。實(shí)驗(yàn)中，我們把樣品放置在能量 較高的離軸拋面鏡PM2焦點(diǎn)處，并與入射光方向垂直。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了降低空氣中水分對(duì)太赫茲波的吸收，在光路虛線框內(nèi)沖入氮?dú)?，使得探測(cè)時(shí)環(huán)境的濕度低于 5%，實(shí)驗(yàn)溫度是21℃。為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中每測(cè)一種樣品就測(cè)一個(gè)參考信號(hào)。

圖1、太赫茲光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)