军用激光技术

[拼音]：junyong jiguang jishu

[外文]：military laser technique

应用于军事领域的一项新兴光电技术。主要研究受激光辐射的产生、传输、探测、与物质的相互作用及其应用。激光是利用光能、热能、电能、化学能或核能等外部能量来激励物质，使其发生受激辐射而产生的一种特殊的光。

简史

激光原理是由美国物理学家C.H.汤斯、A.L.肖洛和苏联物理学家Н.Г.巴索夫、А.Μ.普罗霍罗夫等人在1958年提出的。1960年，美国物理学家T.H.梅曼制成第一台激光器──红宝石激光器。其后，又有多种类型的激光器相继出现，同时也开始了激光的应用研究。由于激光能解决传统光学和其他科学技术所不能解决的很多实际问题，因而获得迅速发展和广泛应用。20多年来，美、苏等国都投入很大力量研究和发展军用激光技术。

原理和特点

物质中的原子、离子和分子等粒子都处于一系列不同的非连续的能量状态，这些状态称为能级。通常，粒子都处于能量最低的能级──基态。当粒子受到外部能量的激励时，它可吸收一定的能量跃迁到较高能级，这个过程称为受激吸收。粒子总是力图使自己处于能量最低的稳定状态，处于高能级的粒子又会自发地跃迁到较低能级上，同时以光子形式释放出多余的能量。光子的能量等于两能级之间的能量差，这种没有外界作用的光发射称为自发辐射。普通光源（如电灯、日光灯等）都是靠这种自发辐射发光的。由于各个粒子都各自独立而无规律地进行自发辐射，所产生的光在方向、 频率、相位和偏振态上都不相同， 相干性也很差。与自发辐射相反，如果有外来光子的引发或感应，则高能级上的粒子也会跃迁到低能级，并产生与入射光的方向、频率、相位和偏振态都相同的光，这种由外来光子“刺激”引起的光发射称为受激辐射。通常，高能级上的粒子数总是少于低能级上的粒子数，因而入射光使物质产生的受激辐射少于受激吸收，光束不会放大而是逐渐减弱。如果从外部不断供应能量，则可使物质中处于高能级上的粒子数在某一时刻会比低能级上的多，这种现象称为粒子数反转。此时，在外来光子的引发下，会发生大量的受激辐射，从而超过受激吸收，使光放大。如果再外加一个谐振腔，则可使光束在其中往复反射，即形成持续的振荡，使光束不断增强，最后从一端输出强大的光，这就是激光。

激光的特点：

（1）方向性强。即发散角很小，仅为最好的探照灯光束的几百分之一，一般在几毫弧度之内；

（2）单色性好。比最好的普通单色光源氪恠灯要高万倍以上；

（3）亮度高。可比太阳表面的亮度高几百亿倍；

（4）相干性好。如氪-86()灯的最大相干长度仅为几十厘米，而氦氖激光器的相干长度理论上可达几十公里。

激光器

产生激光的装置。它主要由三部分组成，即工作物质、激励源（亦称泵浦源）、谐振腔。工作物质是激光器的核心部分，是用来实现粒子数反转和产生受激辐射的物质体系，可以是固体、气体、液体或半导体。激励源的作用是向工作物质供应能量。谐振腔通常由两块反射镜组成，一块为全反射镜，另一块为半反射镜，工作物质置于两镜之间。谐振腔的作用有二：

（1）提供光学反馈能力以形成受激辐射的持续振荡，使光束不断增强；

（2）限制光束的方向与频率，使输出光束具有极好的方向性和单色性。激光器的种类很多。按工作物质的种类分，有固体、液体、气体和半导体激光器；按激励方式分，有光激励、电激励、热激励、化学激励和核激励激光器等；按运转方式分，有连续波、单脉冲、重复脉冲和波长可调激光器等。

已发现可产生激光的物质有千余种，激光谱线有万余条，波长范围从14埃到2毫米左右。连续输出功率最高为几兆瓦。脉冲输出功率最高为几十兆兆瓦。单脉冲输出能量高至万焦耳。最短脉宽达16毫微微秒。工作寿命最长的砷化镓半导体激光器能运行100万小时以上。

军事应用

主要用于侦测、导航、制导、通信、模拟、显示、信息处理和光电对抗等方面，并可直接作为杀伤武器。已投入使用的军用激光技术装备很多，如激光测距仪、激光雷达、激光瞄准具、激光制导武器、激光陀螺、激光通信、激光训练模拟器、激光大屏幕显示系统、激光扫描相机、激光引信和激光致盲武器。正在研究中的有激光模拟核爆炸装置和强激光武器等。

激光测距仪

用激光测定目标距离的装置。20世纪60年代初研制成功，1969年投入战场使用。这种装置已大量生产和装备部队，主要用于坦克、火炮、舰艇和飞机等的火控系统中，也用在军用航天器和靶场的测量设备上。其特点是测量速度快，精度高，可使武器的首发命中率提高到80％以上。自70年代以来，已生产和装备的激光测距仪有百余种，大都采用钇铝石榴石激光器，测距精度多为±5～10米。其发展趋向是： ①实现标准化、系列化和通用化，使之兼有指示、瞄准等多种功能，并能与红外、微光、电视装置和军用电子计算机结合使用；

（2）研制具有大气传输性能好、对人眼无损害等优点的新型激光测距仪，如二氧化碳激光测距仪、掺钬（或铒）的氟化钇锂激光测距仪；

（3）提高抗干扰能力，发展波长可调的激光器件，如掺铬的金绿宝石激光器等。

激光雷达

用激光对目标探测、定位的装置。它能跟踪并测定目标的距离、方位和速度，能对目标进行识别、显示、姿态测定和轨道记录。其工作波长约为微波雷达的万分之一到千分之一，较微波雷达具有更高的测量精度、分辨能力和抗干扰能力及体积较小等优点。主要缺点是：

（1）受大气和恶劣天气的影响大；

（2）波束窄，搜索和捕获目标较困难。从1964年美国安装、试验世界上第一台靶场测量用的激光雷达以来，激光雷达技术已有很大发展。一些近距离的小型激光雷达已相继问世，并已用于探测在主动段飞行的导弹，对飞机、巡航导弹等的低仰角跟踪测量、姿态测量以及对卫星轨道测量。也可用作微波雷达测量系统的校准源，还可在空间用于航天器的会合与对接。美国还积极发展作为强激光武器跟踪瞄准系统的高精度激光雷达，并研究将激光雷达用于巡航导弹上，以提高其超低空突防能力和命中精度。70年代末，战术激光雷达开始用于坦克、火炮、舰艇和飞机的火控系统，以及侦测化学和生物战剂等。至80年代末，将有可能大量装备战术激光雷达。其主要发展趋向是：研究更好的光束扫瞄和控制技术；改进现有的激光器件并积极探索波长可调的激光器；发展将激光雷达与微波雷达结合在一起的复合系统等。

激光制导武器

用激光导引航弹、炮弹、导弹等打击目标的武器系统。已用的激光制导方式有两种，即半主动寻的制导和驾束制导。激光制导武器是在60年代中期开始发展的，其中激光制导航弹已于1972年在越南战场公开使用。自80年代以来，激光制导导弹和激光制导炮弹的生产和装备数量也日渐增多。激光制导武器的命中精度较一般其他武器大为提高。例如，激光制导航弹，其圆公算偏差由原来的80～100米减小至3米以内；激光制导炮弹，其圆公算偏差由原来的13～20米减小至1米以内；激光制导的“狱火”反坦克导弹的命中精度，比有线制导的“陶”式反坦克导弹提高一倍。激光制导装置的结构简单，成本较低，能昼夜使用。其弱点主要是：易受恶劣天气的影响；在投射过程中，需用地面或机载的激光目标指示器不断照射目标直到命中，因而使地面前沿操作指示器的人员或空中指示目标的飞机，易受敌方火力攻击。其发展方向是：

（1）实现部件标准化、通用化；

（2）采用多种制导方式的组件结构，以实现全天候和提高抗干扰的能力；

（3）采用脉冲编码技术，以增强抗干扰能力等。

激光陀螺

应用环形激光器在惯性空间转动时，正反两束光随转动产生拍频效应而敏感转速原理的一种新型陀螺。它同机电陀螺相比，有如下特点：

（1）无转动部件，耐冲击，坚固可靠，使用寿命较长；

（2）起动时间短；

（3）结构简单，功耗少，造价低；

（4）以数字输出，便于与计算机联用；

（5）动态范围宽，可达2000°/秒；

（6）易于维护。激光陀螺可用于军用飞机导航系统、舰船稳定平台、战略导弹、战术导弹和航天器的惯性制导系统。

激光通信

利用激光传输信息的一种通信方式。由于激光的频率比一般无线电波高几个数量级，频带很宽，用激光作载波可大大提高通信容量。60年代初，开始了大气激光通信的研究，60年代中期，研究工作扩大到空间激光通信，但两者进展都较缓慢。60年代末，光导纤维作为光的传输介质引入激光通信后，激光通信才以光纤通信为主要形式迅速发展起来。

大气激光通信具有保密和简便等优点，但由于受大气吸收、散射等影响，只适于近距离的定点或半定点通信，如海岛之间、舰船之间、边防哨所之间、导弹发射阵地和指挥中心之间等，已有实用的通信系统。

空间激光通信是在卫星之间、卫星与飞机或地面之间、卫星与潜艇之间进行的。这种通信优点很多，但难度也大。1980年以来，美国为提高潜艇的隐蔽性、机动性和生存能力，积极发展空间对潜艇的蓝绿激光通信。

光纤通信是最受重视的一种激光通信形式。它已在民用领域投入使用，在军事上的应用研究也很活跃。其主要优点是：频带宽，传输信息容量大；可节省金属资源；损耗低，中继距离远，费用少；体积小，重量轻；可抗电磁脉冲和射频干扰；无串音，不向外辐射电磁波，保密性好。国外正在开展的军用光纤通信研究项目主要有：

（1）陆、海、空三军的短距战术通信；

（2）飞机、航弹、舰艇、车辆、卫星和导弹等内部的信息传输；

（3）在水下系统中的应用，如声纳线路、鱼雷控制线路、潜艇与浮标间的线路等；

（4）在导弹发射阵地、核试验基地、军用计算机中心，雷达站和风洞实验设施中的通信；

（5）光纤制导的导弹和鱼雷等。

激光对抗

随着军用激光技术的发展和应用，激光对抗与反对抗技术也日益受到重视。主要应用有：

（1）激光报警。用激光警报装?美刺讲獾蟹郊す庀低车姆轿缓途嗬耄卸ㄆ浣峁购凸ぷ鞣绞剑⒎⒊鼍ǎ共慷蛹笆辈扇《钥勾胧?

（2）对抗激光的措施。包括用激光等强辐射直接毁伤敌方的激光系统；发射假信号、诱饵欺骗敌方的激光测距仪和激光导引头等；施放气溶胶、烟雾等阻断激光束；使用涂料、光亮表面、角反射器、防护镜和改变构形等防护激光。

（3）激光反对抗手段。包括采用编码技术;加装滤光片、采用距离选通技术;采用多波段或波长可调的激光器；采用同时装有激光、红外、雷达和电视等导引头的武器复合制导方式。

激光训练模拟器

用激光模拟器模拟军事训练和实战演习，于70年代初研制成功，现已普遍使用。其主要优点是：可模拟实战条件，效果逼真；不消耗弹药，不蚀损枪膛、炮膛；不受时间和地点的限制；保障训练安全。国外已成功地将激光模拟器用于坦克、枪炮和反坦克导弹的射击训练和作战演习，并正在进一步发展空地和防空作战演习用的大型激光训练模拟系统。

激光模拟核爆炸

用激光照射氘-氚靶球，使之发生聚变反应，产生与核爆炸类似的一些效应，以模拟核爆炸，用之于研究核武器物理学和发展新型核武器。激光模拟核爆炸具有节省费用和便于测试等优点，有可能部分代替或补充核试验。美、苏、英、法等国都在利用大型激光装置进行模拟核爆炸的研究。

激光的广泛应用促进了军事技术的提高，显著增强了侦测、识别、火控、制导、导航、指挥、控制、通信和光电对抗等的效能，并引起了战术和训练方式的变化，甚至将影响未来的战略。例如，激光训练模拟系统使军事训练更为简便、经济、安全和逼真；激光制导武器已影响到军队的部署和作战样式；强激光武器的使用，可能给未来的战略带来重大变化。

展望

激光技术的发展方兴未艾，新的激光器件将陆续出现，例如波长可调的自由电子激光器、X射线激光器和Υ射线激光器等。随着激光技术的进一步发展，它在军事上将会得到更广泛的应用。

参考书目

1. 天津大学精密仪器系编：《激光技术》，科学出版社，北京， 1972。
2. 冷长庚编：《固体激光》，科学出版社，北京，1981。

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