El camuflaje se refiere a la capacidad de reducir la señal capturada por los detectores, mejorando así las tasas de supervivencia. Sin embargo, la combinación de detectores que operan en múltiples bandas espectrales plantea un desafío importante, que requiere el desarrollo de tecnologías de camuflaje multibanda. Además, el camuflaje suele entrar en conflicto con las demandas de disipación de calor radiativo, que contribuyen significativamente a la gestión térmica de los objetos.

Los objetos suelen revelar su presencia a través de dos tipos de señales:señales reflejadas de fuentes de luz externas y señales de emisión térmica de los propios objetos. Por un lado, los objetos en la naturaleza son iluminados por fuentes de luz externas, entre las cuales la radiación solar es la más importante. La radiación solar emite su energía principalmente en el rango espectral de 0,15 a 4 μm y desempeña un papel crucial en el visible (VIS, 400–780 nm), el infrarrojo cercano (NIR, 0,78–1,4 μm) y el infrarrojo de onda corta ( SWIR, 1,4–2,5 μm) bandas de detección.

Por otro lado, los objetos irradian energía a través de emisión térmica, que puede ser detectada por detectores que trabajan en ventanas de transmisión atmosférica (infrarrojo de onda media (MWIR, 3-5 μm) e infrarrojo de onda larga (LWIR, 8-14 μm). ). Con el aumento de la temperatura, la longitud de onda máxima de la emisión térmica se desplaza hacia la dirección de onda corta, lo que hace que la señal radiativa en la banda SWIR no sea despreciable.

En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Qiang Li del Laboratorio Estatal Clave de Instrumentación Óptica Moderna, Facultad de Ciencias e Ingeniería Ópticas de la Universidad de Zhejiang, China, y sus compañeros de trabajo han desarrollado un dispositivo de camuflaje de banda infrarroja completa, que es compatible con disipación de calor radiativo en dos bandas no detectadas (2,5 a 3 μm y 5 a 8 μm). Basándose en el conocimiento de las fuentes de señal, han propuesto las características espectrales de los dispositivos de camuflaje:

• En la banda SWIR, la baja emisividad tiene un ámbito de aplicación más amplio. La mayor irradiancia de luz solar es similar a la de un cuerpo negro a 330° C. Sin embargo, en escenarios prácticos, donde la irradiancia solar es generalmente inferior a su nivel más alto, la inhibición de la emisión térmica contribuye en mayor medida a reducir la intensidad total de la señal.
• En las bandas MWIR y LWIR, la emisividad baja es más adecuada ya que la emisión térmica suele dominar la señal detectada y la intensidad de la luz solar es lo suficientemente débil como para ser insignificante.
• En las bandas VIS y NIR, es preferible una baja reflectividad ya que la fuente predominante de señal detectada es la radiación solar reflejada y la emisión térmica es generalmente insignificante.

El Al₂ O₃ /Ge/Al₂ O₃ /Ge/ZnS/GST/Ni se emplea una estructura multicapa para modular el espectro ultra amplio desde el rango visible hasta el LWIR. La arquitectura única de esta estructura le permite satisfacer las diferentes demandas de todo el rango infrarrojo y visible, al tiempo que logra una disipación eficiente del calor radiativo dentro de dos bandas no detectadas.

Con un aspecto gris azulado, la muestra fabricada exhibe una reflectividad promedio baja en las bandas VIS/NIR (0,129/0,281). Cuando se calienta hasta 200° C, las temperaturas radiativas (aparentes) de la muestra bajo las cámaras MWIR/LWIR son sólo 86,3° C/94,7° C. En comparación con el cuerpo negro de referencia, la intensidad de la señal de la muestra es un 39,3% menor bajo la cámara SWIR. En particular, el rendimiento del camuflaje SWIR se demuestra bajo la radiación solar. A temperaturas más altas, la muestra exhibe una intensidad de señal menor que la referencia de Cr en todas las direcciones de observación. Mientras que a temperaturas más bajas, la muestra mantiene el borde excepto en la dirección de reflexión especular de la radiación solar.

La eficacia de la disipación de calor radiativo se demuestra sometiendo la muestra y la referencia de Cr a la misma potencia de calentamiento eléctrico de entrada. Con una potencia de entrada de 20 W (equivalente a una densidad de potencia de 2000 Wm ⁻² ), la temperatura superficial de la muestra es de 174,5° C, que es 14,4° C inferior a la de la referencia Cr.

Estas temperaturas superficiales más bajas ayudan a reducir la carga térmica y mejoran el rendimiento del camuflaje MWIR y LWIR.

"Este trabajo proporciona una guía completa para desarrollar tecnologías de camuflaje compatibles con la disipación de calor radiativo, contra fuentes de señales complicadas y tecnologías de detección multiespectrales", señalaron los científicos.

"Este dispositivo para camuflar toda la banda de infrarrojos puede facilitar aplicaciones que requieren una manipulación sofisticada del espectro y estimular vías innovadoras para tecnologías modernas de gestión térmica y contribuir a un futuro energéticamente eficiente", afirman.

Más información: Bing Qin et al, Camuflaje de banda infrarroja completa con disipación de calor radiativo de doble banda, Luz:ciencia y aplicaciones (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z

Proporcionado por la Academia de Ciencias de China