Le camouflage fait référence à la capacité de réduire le signal capté par les détecteurs, améliorant ainsi les taux de survie. Cependant, la combinaison de détecteurs fonctionnant dans plusieurs bandes spectrales pose un défi important, nécessitant le développement de technologies de camouflage multibandes. En outre, le camouflage entre généralement en conflit avec les exigences de dissipation thermique radiative, qui contribuent de manière significative à la gestion thermique des objets.

Les objets trahissent généralement leur présence par deux types de signaux :les signaux réfléchis par des sources lumineuses externes et les signaux d'émission thermique des objets eux-mêmes. D'une part, les objets dans la nature sont éclairés par des sources de lumière externes, parmi lesquelles le rayonnement solaire est la plus importante. Le rayonnement solaire émet son énergie principalement dans la gamme spectrale de 0,15 à 4 μm et joue un rôle crucial dans le visible (VIS, 400 à 780 nm), le proche infrarouge (NIR, 0,78 à 1,4 μm) et l'infrarouge à ondes courtes ( SWIR, 1,4–2,5 μm).

D'autre part, les objets rayonnent de l'énergie par émission thermique, qui peut être détectée par des détecteurs fonctionnant dans les fenêtres de transmission atmosphérique (infrarouge à ondes moyennes (MWIR, 3 à 5 μm) et infrarouge à ondes longues (LWIR, 8 à 14 μm) ). Avec l'augmentation de la température, la longueur d'onde maximale de l'émission thermique se déplace vers la direction des ondes courtes, ce qui rend le signal radiatif dans la bande SWIR non négligeable.

Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications , une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Qiang Li du State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Chine, et ses collègues ont développé un dispositif de camouflage à bande infrarouge entière, compatible avec dissipation thermique radiative dans deux bandes non détectées (2,5 à 3 μm et 5 à 8 μm). Sur la base de la compréhension des sources de signaux, ils ont proposé les caractéristiques spectrales des dispositifs de camouflage :

• Dans la bande SWIR, la faible émissivité a un champ d'application plus large. L’irradiation solaire la plus élevée est similaire à celle d’un corps noir à 330°C. Cependant, dans des scénarios pratiques, où l'irradiation solaire est généralement inférieure à son niveau le plus élevé, l'inhibition des émissions thermiques contribue davantage à la réduction de l'intensité totale du signal.
• Dans les bandes MWIR et LWIR, une faible émissivité est plus adaptée, car l'émission thermique domine généralement le signal détecté et l'intensité du soleil est suffisamment faible pour être négligeable.
• Dans les bandes VIS et NIR, une faible réflectivité est préférable, car la source prédominante du signal détecté est le rayonnement solaire réfléchi et l'émission thermique est généralement insignifiante.

L'Al₂ O₃ /Ge/Al₂ O₃ La structure multicouche /Ge/ZnS/GST/Ni est utilisée pour moduler le spectre ultra-large du visible à la gamme LWIR. L'architecture unique de cette structure lui permet de répondre aux demandes variables de l'ensemble de la gamme infrarouge et de la gamme visible, tout en réalisant simultanément une dissipation efficace de la chaleur radiative dans deux bandes non détectées.

D'apparence gris-bleu, l'échantillon fabriqué présente une faible réflectivité moyenne dans les bandes VIS/NIR (0,129/0,281). Lorsqu'il est chauffé jusqu'à 200 °C, les températures radiatives (apparentes) de l'échantillon sous les caméras MWIR/LWIR ne sont que de 86,3 °C/94,7 °C. Par rapport au corps noir de référence, l'intensité du signal de l'échantillon est 39,3 % inférieure sous la caméra SWIR. En particulier, les performances de camouflage SWIR sont démontrées sous le rayonnement solaire. À des températures plus élevées, l'échantillon présente une intensité de signal inférieure à celle de la référence Cr dans toutes les directions d'observation. À des températures plus basses, l'échantillon conserve son bord sauf dans la direction de réflexion spéculaire du rayonnement solaire.

L'efficacité de la dissipation thermique radiative est démontrée en soumettant l'échantillon et la référence Cr à la même puissance de chauffage électrique d'entrée. À une puissance d'entrée de 20 W (équivalent à une densité de puissance de 2 000 Wm ⁻² ), la température de surface de l'échantillon est de 174,5°C, soit 14,4°C inférieure à celle de la référence Cr.

Ces températures de surface plus basses contribuent à réduire la charge thermique et à améliorer les performances du camouflage MWIR et LWIR.

"Ce travail fournit des lignes directrices complètes pour développer des technologies de camouflage compatibles avec la dissipation thermique radiative, contre des sources de signaux complexes et des technologies de détection multispectrales", ont noté les scientifiques.

"Ce dispositif de camouflage de toute la bande infrarouge peut faciliter les applications qui nécessitent une manipulation sophistiquée du spectre, stimuler les voies innovantes pour les technologies modernes de gestion thermique et contribuer à un avenir économe en énergie", affirment-ils.

Plus d'informations : Bing Qin et al, Camouflage à bande infrarouge complète avec dissipation thermique radiative à double bande, Lumière :Science et applications (2023). DOI :10.1038/s41377-023-01287-z

Fourni par l'Académie chinoise des sciences