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光学窗是精密光电仪器人与机交互的关键部位，但其对可见光透明性以及对微波和无线电波等其它电磁波段良好的传输能力，降低了精密光电仪器的电磁抗干扰能力。随着电子设备集成度和精密度的不断提升，要求光学窗既要保持良好的可见光透光率而不影响图像的观察效果，又具备较强的无线和微波波段电磁屏蔽效能。而高电磁屏蔽对材料的本征属性要求和高透光率存在着矛盾，这是因为紫外-可见波段的高透过率往往也伴随着红外光和微波的透过，使得宽频段电磁屏蔽和良好的可视性能很难兼容。目前电磁屏蔽光学窗主要采用银和镍等金属微网和ITO(In2O3:SnO2锡掺氧化铟)等透明导电薄膜。但这两种材料的电磁屏蔽效能都较弱，不足以满足精密光电仪器电磁兼容的需求。本论文紧紧围绕红外-微波的电磁屏蔽和可见光透光率相互制约的关键科学和技术问题，对金属光子晶体薄膜设计、制备、表征、可见光和微波电磁场物理机理及光谱特性开展了研究。
(1)本论文设计了一种由金属Ag和ITO薄膜构成的复合金属光子晶体薄膜。通过对其结构设计，使其在无线电荷微波的等效介电常数小于0(30 MHz-18 GHz)，而不允许该频段的电磁波进入光子晶体内部，从而具备了宽频段强电磁屏蔽能力；而该薄膜的可见光等效介电常数大于0，中心波段等效介电常数等于1，以此达到良好的可见光透光率。采用这种方法，在一定程度上很好地解决了电磁屏蔽和可视相互制约的关键科学问题。本论文采用磁控溅射在玻璃基片沉积的金属光子晶体薄膜在30MHz-5GHz电磁屏蔽效能达到40dB以上，可见光透光率大于60%，而其总膜厚只有几百个纳米。研究结果表明：本项目设计和制备的金属光子晶体薄膜的电磁屏蔽效能和导电性能都优于含相同膜厚的单层金属Ag和电介质ITO薄膜。
(2)论文通过设计磁控溅射及热处理的工艺，有效降低了Ag原子在垂直于衬底方向扩散自由程和能量，制备了低粗糙度和高结晶的金属光子晶体薄膜，有效克服了粗糙金属薄膜由于局域表面等离子激元(LSPP)而产生的结构吸收，保证了金属光子晶体薄膜具备良好的可见光透光率。在制备由ITO和Ag构成的金属光子晶体薄膜时，金属薄膜在氧化物的岛状生长模式要求Ag薄膜的制备需要低温沉积，而高结晶ITO薄膜需高温沉积——这在一定程度上使得获得低粗糙的Ag薄膜和高结晶的ITO薄膜在工艺上是相互矛盾的。为此，本论文提出一种方法，设计了一种(ITO/Ag)N/ITO的结构，既避免了金属的氧化，也可提高金属光子晶体薄膜与基片的附着力。在制备金属光子晶体薄膜时，采用低温沉积和高温快速退火的工艺。这样一方面通过覆盖ITO薄膜限制了金属薄膜在热处理条件下在垂直于衬底方向扩散的自由程，进而降低了金属薄膜的粗糙度。而通过高温快速退火，可提高低温沉积ITO薄膜的结晶度又不会导致Ag颗粒的扩散。采用该方法可很好地解决低粗糙金属薄膜和高结晶的ITO薄膜的工艺矛盾。通过该方法，可同时达到提升金属光子晶体的结晶度和降低Ag薄膜的粗糙度的双重研究目的。通过该技术可大幅度提升金属光子晶体薄膜可见光透光率。另一方面，通过分别对沉积ITO和Ag薄膜的氧氩比工艺参数的优化，获得了光电性能优异的金属光子晶体薄膜的制备工艺，并通过实验论证了该方法的可行性。
(3)通过时域有限元差分法(FDTD)仿真、实验和等效理论等方法揭示金属光子晶体薄膜周期、周期数和金属电介质组份比等关键参数对金属光子晶体薄膜可见光透光率的频率宽度及中心波长的影响规律。和以往的报导不同，研究了大周期金属光子晶体薄膜的光学性能。研究结果表明在大周期金属光子晶体中会在可见光区域同时出现“结构能带”和“等离子能带”。这两个能带的出现会降低(提升)金属光子晶体薄膜的可见光的透光率(反射率)。理论，计算仿真和实验结果都表明：增强金属光子晶体可见光SPP耦合效应、提高微波波段负介电常数绝对值和界面微波反射能力，在一定程度上解决了电磁屏蔽和可见光透光相互制约的关键科学问题。
(4)本论文设计了一种含非连续金属薄膜(ITO/Ag/ITO)N型光学窗。由于在外电场的作用下，ITO薄膜的内部电子会迁移金属Ag颗粒表面，形成较强的局域电场，进而提高金属光子晶体薄膜的导电性。研究表明：金属薄膜颗粒间距越小，局域电场越大，进而金属光子晶体薄膜的导电性越强。研究表明：这种结构的金属光子晶体薄膜的方阻明显低于含连续薄膜的金属(22 nm)光子晶体的导电性(方阻6Ω/□)，该光学窗方阻低达0.53Ω/□。和(ITO/Ag)N模型的光子晶体相比，(ITO/Ag/ITO)N型光子晶体可以提升金属光子晶体可见光透光率曲线的肩带和透射谷，可见光平均透光率从35%提高到60%，且可见光透光率的半高宽达380nm-780nm，同时其电磁屏蔽效能也取得明显的提高。
本论文基于金属光子晶体薄膜的光学窗实现了电磁屏蔽可视材料的轻质化和薄膜化。这种光学窗可有效解决电子设备光学窗电磁屏蔽、导电与可视相互制约的技术难题，既保证良好的视觉效果，又可以避免复杂电磁环境下电磁波对屏蔽系统内电子、电气设备的干扰，确保各个设备正常工作。
(1)本论文设计了一种由金属Ag和ITO薄膜构成的复合金属光子晶体薄膜。通过对其结构设计，使其在无线电荷微波的等效介电常数小于0(30 MHz-18 GHz)，而不允许该频段的电磁波进入光子晶体内部，从而具备了宽频段强电磁屏蔽能力；而该薄膜的可见光等效介电常数大于0，中心波段等效介电常数等于1，以此达到良好的可见光透光率。采用这种方法，在一定程度上很好地解决了电磁屏蔽和可视相互制约的关键科学问题。本论文采用磁控溅射在玻璃基片沉积的金属光子晶体薄膜在30MHz-5GHz电磁屏蔽效能达到40dB以上，可见光透光率大于60%，而其总膜厚只有几百个纳米。研究结果表明：本项目设计和制备的金属光子晶体薄膜的电磁屏蔽效能和导电性能都优于含相同膜厚的单层金属Ag和电介质ITO薄膜。
(2)论文通过设计磁控溅射及热处理的工艺，有效降低了Ag原子在垂直于衬底方向扩散自由程和能量，制备了低粗糙度和高结晶的金属光子晶体薄膜，有效克服了粗糙金属薄膜由于局域表面等离子激元(LSPP)而产生的结构吸收，保证了金属光子晶体薄膜具备良好的可见光透光率。在制备由ITO和Ag构成的金属光子晶体薄膜时，金属薄膜在氧化物的岛状生长模式要求Ag薄膜的制备需要低温沉积，而高结晶ITO薄膜需高温沉积——这在一定程度上使得获得低粗糙的Ag薄膜和高结晶的ITO薄膜在工艺上是相互矛盾的。为此，本论文提出一种方法，设计了一种(ITO/Ag)N/ITO的结构，既避免了金属的氧化，也可提高金属光子晶体薄膜与基片的附着力。在制备金属光子晶体薄膜时，采用低温沉积和高温快速退火的工艺。这样一方面通过覆盖ITO薄膜限制了金属薄膜在热处理条件下在垂直于衬底方向扩散的自由程，进而降低了金属薄膜的粗糙度。而通过高温快速退火，可提高低温沉积ITO薄膜的结晶度又不会导致Ag颗粒的扩散。采用该方法可很好地解决低粗糙金属薄膜和高结晶的ITO薄膜的工艺矛盾。通过该方法，可同时达到提升金属光子晶体的结晶度和降低Ag薄膜的粗糙度的双重研究目的。通过该技术可大幅度提升金属光子晶体薄膜可见光透光率。另一方面，通过分别对沉积ITO和Ag薄膜的氧氩比工艺参数的优化，获得了光电性能优异的金属光子晶体薄膜的制备工艺，并通过实验论证了该方法的可行性。
(3)通过时域有限元差分法(FDTD)仿真、实验和等效理论等方法揭示金属光子晶体薄膜周期、周期数和金属电介质组份比等关键参数对金属光子晶体薄膜可见光透光率的频率宽度及中心波长的影响规律。和以往的报导不同，研究了大周期金属光子晶体薄膜的光学性能。研究结果表明在大周期金属光子晶体中会在可见光区域同时出现“结构能带”和“等离子能带”。这两个能带的出现会降低(提升)金属光子晶体薄膜的可见光的透光率(反射率)。理论，计算仿真和实验结果都表明：增强金属光子晶体可见光SPP耦合效应、提高微波波段负介电常数绝对值和界面微波反射能力，在一定程度上解决了电磁屏蔽和可见光透光相互制约的关键科学问题。
(4)本论文设计了一种含非连续金属薄膜(ITO/Ag/ITO)N型光学窗。由于在外电场的作用下，ITO薄膜的内部电子会迁移金属Ag颗粒表面，形成较强的局域电场，进而提高金属光子晶体薄膜的导电性。研究表明：金属薄膜颗粒间距越小，局域电场越大，进而金属光子晶体薄膜的导电性越强。研究表明：这种结构的金属光子晶体薄膜的方阻明显低于含连续薄膜的金属(22 nm)光子晶体的导电性(方阻6Ω/□)，该光学窗方阻低达0.53Ω/□。和(ITO/Ag)N模型的光子晶体相比，(ITO/Ag/ITO)N型光子晶体可以提升金属光子晶体可见光透光率曲线的肩带和透射谷，可见光平均透光率从35%提高到60%，且可见光透光率的半高宽达380nm-780nm，同时其电磁屏蔽效能也取得明显的提高。
本论文基于金属光子晶体薄膜的光学窗实现了电磁屏蔽可视材料的轻质化和薄膜化。这种光学窗可有效解决电子设备光学窗电磁屏蔽、导电与可视相互制约的技术难题，既保证良好的视觉效果，又可以避免复杂电磁环境下电磁波对屏蔽系统内电子、电气设备的干扰，确保各个设备正常工作。