[发明专利]由超材料制成的滤光器

说明书

技术领域

本发明涉及用于对电磁（EM）辐射滤光的滤光器及其设计和制造方法。具体而言，本发明涉及一种阻挡体，其可以对一个或多个特定窄光频率滤光并且可以对电磁辐射的其他频率是光学透明的。

背景技术

电磁辐射滤光器是公知的并且具有许多实际应用。一种这样的应用是对激光进行滤光以便保护个体免受其影响。公知的是，当眼睛暴露于激光时，可能发生显著的伤害。这主要是由于对入射光子的吸收以及活的眼组织的加热。潜在的伤害依赖于激光的强度、即每秒来自入射到给定表面面积上的激光的能量、以及暴露的时长。两种公知类型的激光是连续波（CW）和脉冲激光。CW激光基于其功率输出被分类，而脉冲激光是基于其每脉冲总能量被分类的。

由于更便宜和更大功率的激光系统的扩散，针对激光的保护已经在日常实际情况中日益变得重要。近年来，某些激光器产品已经能低成本地制造，并且因此易于商用。这些产品包括所谓的“激光笔”或“激光指示器”。在英国本来就存在规定，使得仅仅允许制造和销售具有最高达5毫瓦（mW）功率的激光指示器。然而，这些规定在世界范围内不是一致的，并且可能在其他国家便宜地购买1瓦激光指示器，该指示器具有在英国可买到的最大功率的激光指示器的有效面积的高达四倍的有效面积，并且可能从远达三英里以外对人眼造成角膜伤害。遗憾的是，故意指向汽车驾驶员、以及指向飞行中的飞机的激光指示器事件已经增加。这些事件可能造成极严重的安全后果。尽管激光指示器不能伤害或损坏大多数汽车或飞机，但是它们能且常常干扰驾驶员、飞行员或机组人员维持与道路、航线或跑道的足够视觉接触的能力。

当激光指示笔在起飞或降落期间指向飞机时，潜在的安全后果尤其严重。

飞机需要处于相对低的海拔才能受到在地面上使用激光指示笔的影响。出于该原因，飞机在降落的进近阶段是最易受影响的。在该阶段期间，飞机通常将飞行在大约6000英尺处并与跑道对准，同时以大约每分钟700英尺的相对稳定速率下降。这使飞机成为易于用激光指示笔瞄准的目标。同时，飞机上的机组人员将越来越多地关注飞机外的如下外部线索：这些外部线索允许机组人员控制下降速度、速率以及飞机航向以争取在跑道上成功降落。这使得机组人员易于受到激光束指示器的影响，并且可能甚至受到严重的眼睛损伤。情况当然如此的是在机组人员实施“视觉降落”或“非精确降落”时。在这样两种降落阶段期间，航空机组人员主要使用外部线索来导航以完成进近和降落。

如果激光在进站阶段的任何时期指向机组人员，则机组人员可能受伤、暂时失去对跑道的视力、或者判断无干扰的安全降落是不可能的。这可能导致“复飞”（go-around）或“中断”（abort）以避免可能显著危及飞机和机上人员安全的事件。复飞及其相关程序可能对航空机组人员和航空交通管制造成增加的工作量，这又可能引入其他的安全威胁。在诸如位于欧洲的繁忙机场中，复飞程序可能导致高工作量和相对危险的情况。

将便携式激光器指向飞机还可对航空公司运营的效率和成本造成影响。复飞包括飞机缠绕（spool）引擎以强行推进起飞的设定，同时爬升并然后返回到初始进近点以尝试再次降落，所有这些都可能持续10至20分钟之间的任何时间。在这样的机动期间，747-400飞机可能燃烧高达四吨附加燃料，该燃料的当前价格可能达到大约6000美元。诸如耽误旅客行程和飞机利用之类的其他因素可能使复飞甚至更加昂贵。

针对飞机，本来就已存在许多安全规定和系统。遗憾的是，被引入以改善安全性的一些系统和程序可能实际上增加了瞄准飞机的激光指示器的潜在严重程度。例如，平视显示系统（HUD）、即曾经仅仅用在军用飞机中的一种昂贵技术的使用越来越多地进入日常商用飞机运营。该系统包括驾驶员前方的玻璃，在该玻璃上相对于跑道显示飞机的飞行参数和位置。该系统允许航空机组人员观察外部线索以及（尤其是）飞机海拔和速度，而不必低头看仪表盘。这导致航空机组人员在整个进近和降落阶段期间都看着穿挡风玻璃并从挡风玻璃向外看。因此，瞄准飞机挡风玻璃的任何激光指示设备都将很可能对机组人员造成不利影响。

存在滤除激光以保护用户安全的大量公知解决方案。例如，激光保护系统（LPS）按惯例用在世界各地的实验室中。它们通常以由易受激光辐射影响的人所佩戴的护目镜、眼罩或隐形眼镜的形式出现。它们还以窗的形式出现，所述窗被放置在激光位置周围以保护周围环境。这些滤光器常常是使用用于低强度激光器的聚合物或用于高热密度的玻璃构建的。