创新故事丨给雷达穿上“隐身衣”——光子晶体柔性复合隐身材料研发记

【蜂耘网  激光光学】静谧的山林间，随着夜色渐浓，大家不禁暗自捏了一把汗。天上无人机的叶片旋转声渐渐清晰可辨，由远而近，又由近至远，周而复始、来回盘旋。

这是前不久某部在野外开展侦察演练的一幕。无人“敌”机数次过顶窥探，始终没有搜寻到任何蛛丝马迹，披挂了“隐身衣”的雷达犹如凭空消失一般。

“由光子晶体柔性复合隐身材料制成的这件‘隐身衣’，能同时防御多个波段电磁波探测。”国防科技大学电子对抗学院（以下简称“电抗院”）教授时家明告诉科技日报记者，从在稿纸上落笔写下第一个理论设想，到成功打造出雷达天线“隐身衣”、新型红外伪装网等系列产品，他带领研发团队已走过整整20年。

找准微结构模型

随着电子侦察和精确制导技术的发展，加强对军事装备的隐身防护迫在眉睫。如何让目标在面对对方光电探测时“不露声色”，始终是时家明的心结。

2005年，国外的一则报道引起了时家明的注意——通过调节光子晶体的光学特性，可以让电磁波在不同波段上按照需要透过和反射。

寥寥数语，犹如暗夜中一道亮光映照了前行之路。然而，当时光子晶体仍然停留在实验室研究阶段。放眼整个国际学界，光子晶体能不能用于隐身，无人作答。解答不了这个问题，一切构想都是空中楼阁。

“开始往往都是粗糙的，如果等到万事俱备再去做，恐怕也就失去了战略博弈的先机。”时家明决定带领团队大胆一试，首先要拿出一套理论模型——通过合理设计光子晶体周期性结构，达到阻止特定频率电磁波传播的目的。

设计理论模型并不难，难在如何去验证。光子晶体相当于一个光信号的控制器，透过或反射什么波长，可以灵活设计、定制。相应的，不同性能的光子晶体也有着迥异的微观结构，而这样的结构种类何止成千上万！

团队成员、电抗院副教授赵大鹏记得，为挑选出隐身性能最佳的光子晶体结构，他带着几个研究生依据自主设计的模型，在数台电脑上夜以继日地编程、计算、分析，以期尽快获得各类仿真结果。数月后，他们终于在海量仿真数据中发现了一丝曙光——一种具有特殊内部结构的光子晶体模型，在特定频段下隐身性能异常出色。

“这说明我们的方向是正确的。接下来，要进一步验证仿真模型在现实中的可行性，为后续实际制造和应用做好准备。”赵大鹏说。

就这样，团队边学习、边研究、边实践，在技术“无人区”闯出了一条生路——成功验证了原创的理论模型，实现了光子晶体隐身材料的仿真设计。

迈向工程化制备

设计方案有了，下一步是实物制备。很快，研发团队摸索加工出光子晶体小样，并将其成功镀在硅片表面上。经测试，硅片后面的物体隐身效果良好。工程化制备光子晶体迈出了第一步。

然而，大家很快发现使用硅基底镀膜得到的数据虽好，却无法真正运用于实战——当硅片替换成柔性布面后，测试结果却与预想大相径庭。

基底面料更换了几十种、设备工艺调整了无数次、仿真测试运行了上百遍……始终未找到问题的症结。

团队成员、电抗院副研究员吕相银清楚地记得，那段时间，他经常晚上从郊区实验室回到学院办公室，与时家明讨论当天的实验进展，研究当天所遇难题的解决办法，为第二天的制备拟订方案。

又是一个不眠之夜，实验室内，镀膜机轰鸣。这是数十次改进方案后的又一次尝试，团队逐个排除各种误差干扰后，对现有的布质柔性基底进行了改造，又专门为镀膜自研了支架。输入参数后，吕相银小心转动旋钮，调整着机器的速率和方向。

经过四五个小时的等待，光子晶体成功附着在柔性基底上。测试结果显示，该制成品的反射率、均匀性等指标符合预期。

成功固然令人欣喜，但光子晶体薄膜若想真正用于实战，必须能大面积、规模化制备。面积增大的同时，加工难度也成倍增加，不是无法均匀附着，就是附着强度不够，容易开裂、破碎。

为解决这个难题，时家明带领一路人马，赴多个厂家调研工艺技术，改进隐身薄膜表面修饰方案；团队成员、电抗院副研究员李志刚等青年骨干则留在合肥，负责继续优化光子晶体结构。“外敷”结合“内治”，两队人马一起向光子晶体材料大面积附着的难题发起冲锋。

这次攻关战役，一打就是三年。最终，团队攻克多项关键核心技术，成功为光子晶体柔性薄膜的工程化制备开出了妙方。

攻关多波段探测

工程化制备问题解决了，新的难题又出现了。“要想实现车载发动机等高温目标的红外隐身，就需抑制侦察波段内的红外辐射。而针对激光和雷达探测的伪装技术却基于完全相反的原理。”李志刚介绍，也就是说，同一件“隐身衣”很难在不影响散热的前提下，同时满足热红外、激光和雷达波隐身。

“能不能利用光子晶体的局域特性，让电磁波在光子晶体的禁带中找到通道？”“理是这么个理，想做出来太难！”“不难还能叫攻关？”……历经多次头脑风暴，团队开启了新一轮研究。

随着时间的推移，一份“光谱挖孔”的构想逐渐成熟。大家一致决定，人为破坏光子晶体的周期性电介质结构，引入缺陷或杂质，形成特定频率范围的窄带透射通道。让光子晶体在原本高反射或低透射的禁带波段内，出现局部的低反射或高透射区域。

“这种方法可以在红外探测波段，实现高反射以降低目标的红外辐射特征。同时，在特定的激光波长处形成光谱挖孔，使激光能够高效透过，从而实现激光隐身。”时家明解释，“这样就可以让‘隐身衣’下的装备在遭遇多波段探测时‘不露声色’，且不影响它正常工作与散热。”

经过团队的精心制备，多波段光子晶体柔性复合隐身材料终于诞生！

2021年的一天，实测正式开始。2小时、5小时、10小时……一昼夜过去了，附着了隐身材料的雷达天线，其散热与侦搜性能分毫未受影响。与此同时，盘旋在高空搭载各种侦察设备的飞机，丝毫没有捕捉到地面雷达的踪迹。那一刻，“铆”在现场的时家明和团队成员激动不已。

随后几年，大家在酷热难耐的厂房里优化工艺，在5900米海拔的高原上测试极值，在风吼浪卷的海边验证性能……靠着苦干实干，团队将隐身薄膜制备的每一步关键技术，都牢牢攥在了自己的手中。

“今年全国两会期间，习近平总书记强调，要抓住我国新质生产力蓬勃发展机遇，创新战斗力建设和运用模式，健全先进技术敏捷响应和快速转化机制，加快发展新质战斗力。这让大家备受鼓舞！”时家明说，“未来，我们将加快推进多波段隐身材料的技术迭代更新，为打造新质战斗力贡献力量。”

（蜂耘激光光学网  责任编辑：行云）