浅谈激光技术及其军事应用

1/3浅谈激光技术及其军事应用队名：姓名：学号：摘要：激光技术是六十年代初发展起来的一门以原子理论、量子理论、光学技术和电子技术为基础的一门高新技术。由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好等特点目前已经被推广应用于农业、工业、医疗、科学研究、军用武器及航天技术等多个领域，带来了巨大的效益。本文将对这门高新技术的发展及其在军事方面的应用进行一个简单的讨论。关键字：激光；军事一、激光技术的起源与发展激光英文全名为LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(LASER)。于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光就是激光。激光是一种单色光，具有高亮度，方向性强，相干性好的特性。激光技术包括激光器技术与激光应用技术。自第一台激光器诞生后,激光器技术一直是激光技术的一个重要部分,至今已研制了上百种激光器。按工作物质可以将它们划分为：固体激光器、气体激光器、半导体激光器等。目前固体激光器领域最活跃的话题是二极管泵浦固体激光器,相应的半导体激光器中激光二极管成为了它的重要发展方向,气体激光器中以CO2激光器的研究最成熟也发展最快。自诞生之初至今，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。二、激光技术的应用激光技术由于具有方向性好、亮度高、单色性好等特点而得到广泛应用，如工业、医学、军事等，此外激光技术还被广泛应用于农业，通信，计算机，空间技术等领域。a)激光技术在工业领域的应用：由于具有适应性强、加工质量好、精度高、效率高、效益好、加工方法多、无污染等优点，激光技术被广泛用于工业领域。例如：激光快速成形；激光切割；激光焊接；激光雕刻；激光打孔；激光蚀刻等。b)激光技术在医学领域的应用：医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门边缘学科。1960年世界上第一台红宝石激光器研制成功，次年红宝石激光视网膜凝固机在眼科获得首次应用。从目前激光治疗设备在临床应用的角度可将其分为如下几大类：眼科激光治疗设备、外科激光手术设备、用于美容目的的皮肤病激光治疗设备、光动力疗法激光治疗设备、口腔激光设备和激光理疗仪器等等。c)激光技术在军事领域的应用：1.激光侦察对抗激光侦察对抗在军事上占有十分重要的地位。利用激光技术进行多光谱摄影(含全息摄影)，可以识别伪装目标。由于各种物体对各种光的吸收和反射能力不同，可以在底片上引起不同感光反应而实现对目标的侦察。海湾战争中，美国利用这一技术，发现了伊拉克严密伪装在树林里的坦克和导弹发射架。激光对抗可以对激光测距进行欺骗，使其无法测定真实距离或导弹改变弹道。激光对抗还可对激光进行干扰。2.激光测距利用激光方向性好的特点．制成了能测量距离的激光测距机。这也是激光应用在军事上的最早的装备。它的作用原理与雷达相同，是利用激光脉冲往返时间来确定被测目标的距离。由于目前可以产生的极短脉冲，因此，测量的精确度很高。同时它还具有测距远、精度高、体积小、抗干扰性能好、操作简单等优点，因而一得到应用，就渗透到了几乎所有的军兵种。3.激光雷达激光雷达是利用激光确定目标的距离、速度、加速度和角坐标(即方位)并能跟踪目标的装置。它具有精度高、抗干扰性能好、盲区小等优点。激光雷达主要用于导弹发射初始段的测量。低空飞行目标跟踪测2/3量，目标飞行姿态控制，目标识别、宇宙飞船的对接等方面。4.激光制导激光制导是利用激光控制、引导制导武器攻击目标的制导方式。它是继雷达、红外、电视制导之后发展起来的新型制导方式．且具有结构更简单、制导精度更高、抗干扰性能更好等优点。已投入使用或正在研制的激光制导武器有激光制导导弹、炮弹、炸弹和机器人武器等激光制导的方式有半主动式、主动式和波束式三种。半主动式激光寻的制导应用较多，也最为成熟。这种制导的设备主要有弹外的激光照射器和弹上的导引头。激光照射器精确持续照射目标，弹上的导引头接受目标反射回来的激光产生导引信号，引导武器攻向目标。5.激光陀螺激光陀螺利用光的多普勒效应来精确测量飞行器、舰船的转速。从而实现导航。相比普通机械陀螺．激光陀螺精度提高了上百倍，而且体积更小。激光陀螺广泛应用于导航、定位及航空航天中。6.激光通信大气激光通信因其波长短，发散角小，所以天线可做得很小，但大气通信易受天气、地形、地物等的影响。这种通信常用于空间载体间的通信，因为空间载体通信不存在影响传光的诸多因素。对海军来说．激光对潜通信尤为重要。蓝光或绿光穿透海水时衰减最小，波长为O．47—0．54mm的蓝光经过lOOm深度传播，其损耗仅为其他波长的1／100。蓝绿光在海水中的穿透能力可达600m以上。其传播方向好，不易被敌方截获，且隐蔽安全．极大地提高了其生存能力。7.激光武器用激光作为武器的设想主要是基于激光的高热效应。同时激光以光速直线射出，也没有弯曲的弹道，因此不需要提前量。另外激光武器没有后坐力，可以迅速转移打击目标。从经济上来讲．激光武器与常规导弹相比是极为经济的。如一枚巡航导弹需几百万美元．而发射一个激光脉冲仅需几千美元。它是高技术新概念武器。三、激光武器原理激光武器是利用激光能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器。激光武器的杀伤破坏效应主要有三种：1．烧蚀效应：跟激光热加工原理一样，当高能激光束射到目标时，激光的能量会被目标的材料吸收，转化为热能.这些热能足以令目标部分或完全穿孔，断裂，熔化，蒸发，甚至产生爆炸。2．激波效应：如目标材料被气化，目标材料会在极短时间内产生反冲作用，形成压缩波使材料表面层裂碎开，碎片向外飞时造成进一步破坏。3．辐射效应：目标材料气化的同时会形成等离子体云，能产生辐射紫外线及X光线，使目标内部的电子零件被破坏。四、激光武器的特点1.速度快激光束以光速射向目标，在战场上，交战双方如果都用火炮攻击对方目标，由于受地心引力和空气阻力的作用而容易使弹道弯曲，所以射击时都要根据距离、高度、风向、风速及弹丸初速等因素进行弹道计算。使用普通枪炮射击时，如果目标是运动的，还必须计算射击的提前量。由于激光武器所发射的“光弹”是以光速飞行的，其飞行速度常常要比普通炮弹快今40万倍，比导弹的速度快10万倍。因此，使用激光武器进行射击，无需考虑提前量的问题。2.机动灵活发射激光束时，几乎没有后座力，因而易于迅速地变换射击方向，并且射击频度高．能够在短时间内拦击多个来袭目标。3.精度高可将聚焦的狭窄光束精确地对准某一方向，选择攻击目标群中的某一目标，甚至击中目标上的某一脆弱部位。4.无污染激光武器属于非核杀伤，不像核武器那样，除有冲击波、热辐射等严重破坏外，还存在着长期的放射性污染．造成大规模污染区域。激光武器无论对地面或空间都无放射性污染。5.效费比高百万瓦级氟化氘激光武器每发射一次费用约为1—2千美元。与之相比，“爱国者”防空导弹每发为3O一5O万美元。“毒刺”短程防空导弹每发为2万美元．因此从作战使用角度看．激光武器具有较高的效费比。6.不受电磁干扰激光传输不受外界电磁波的干扰，因而目标难以利用电磁干扰手段避开激光武器的攻击。五、激光武器的分类激光武器主要根据作战用途分为战术激光武器和战略激光武器两大类。根据能量强弱常常在实际中分为强激光器和弱激光器。主要有化学激光器、自由电子激光器、固体激光器、量子点激光器、气体激励激光器、3/3半导体激光器、液体激光器等。强激光武器又称高能激光武器或激光炮。a)战术激光武器战术激光武器是利用激光作为能量，直接毁伤对方目标的武器，打击距离一般可达20公里。1978年3月，世界上的第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式与普通步枪没有太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发器和枪托。目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当，它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命，并可在一定的距离内，便火药爆炸，使夜视仪、红外或激光测距仪等光电设备失效。还有7种稍大、重量与常用机枪相仿的小巧激光枪，能击穿铜盔，在1500米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等。战术激光武器的“挖眼术”不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。b)战略激光武器战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击大空中的侦察卫星和通信卫星等。例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”。因此，高基高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。据外刊透露，自70年代以来，美俄两国都分别以多种名义进行了数十次反卫星激光武器的试验。目前，反战略导弹激光武器的研制中，或是化学激光器、准分子激光器、自由电子激光器和调射线激光器。例如，：自由电子激光器具有输出功率大、光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点。但是，自由电子激光器体积庞大，只适宜安装在地面上，供陆基激光武器使用。作战时，强激光束首先射到处于空间高轨道上的中断反射镜。中断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射镜，作战反射镜再使激光束瞄准目标，实施攻击。通过这样的两次反射，设置在地面的自由电子激光武器，就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹。六、我国的“神光”激光武器1995年，激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项，我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——“神光-Ⅲ”装置，计划建成十万焦耳级的激光装置。2007年2月4日，中物院神光Ⅲ激光装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式。该工程位于绵阳中国工程物理研究院内，建筑面积28154m2，平面布置：呈长方形布置，建筑物总长178m，总宽75m，建筑结构十分复杂。规划中的“神光-Ⅲ”装置是一个巨型的激光系统，比当前世界最大的NOVA装置还要大一倍多。原计划它具有60束强光束,紫外激光能量达60KJ,质量和精密性要达到廿一世纪的国际先进水平，现在该计划可能已经进一步修改，以提高能量规模。惯性约束聚变点火工程（2020年）被已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的十六项重大专项之一。目前，神光-Ⅲ原型装置“十五”建设目标已圆满完成，达到“8束出光，脉冲-万焦耳”的水平，标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一代高功率激光驱动器总体技术的国家，使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。神光Ⅲ装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程，必将全面带动相关科学技术攀登世界水平，是我国综合国力在科技领域的标志性体现，其作用和意义不亚于当年的“两弹”。这是挑战也是机遇，在王淦昌、王大珩、于敏等老一辈科学家带领下，已奋斗了三十多年,取得瞩目成果，而这只不过是序幕，需要几代人的不懈努力。根据规划，我国在2010年前后还将研制“神光IV”核聚变点火装置。参考文献：《激光技术的发展》，《激光技术的军事应用》