激光在军事武器中的应用研究

文献综述激光在军事武器中的应用研究2016年6月2日目录摘要.................................................................11.绪论...................................................................21.1引言..............................................................21.2激光技术发展历程...................................................21.3激光技术在军事领域的应用的研究现状.................................32.激光的基本特性.........................................................42.1激光的概念.........................................................42.2激光的特点.........................................................42.3激光的产生.........................................................53.激光技术在军事领域的应用...............................................63.1激光武器的分类.....................................................63.2已装备的激光技术军事运用...........................................83.3激光武器的特点及局限..............................................12展望....................................................................13参考文献................................................................14黄河科技学院毕业设计（文献综述）第1页激光在军事武器中的应用研究摘要随着人类文明和科技不断发展与进步，越来越多的科技被运用，许多技术被运用到军事领域上来，研制了许多的军事武器，高技术武器装备的研究更是带动了科技的不断进步，尤其是激光技术进步。激光技术是人类20世纪60年代的重大科学技术成就之一，激光具有高亮度、高方向性、高单色性及相干性好的特点，尤其在现代军事的观测、监视、通信及武器系统方面的应用发挥了巨大作用。现代军事侦察技术特别是卫星、遥感技术的发展，地球上空有千余颗各类侦察卫星和通信卫星，对世界各国进行着全方位、全频谱、全时、全维的侦察和探测。激光技术用于军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用有激光雷达、激光测距、定向能激光武器、激光制导、激光通信、航空航天、电子对抗等方面，受到各大军事强国的重视，成为军事技术最活跃的一个领域。关键词:激光技术，激光测量，激光通信，激光制导，激光武器黄河科技学院毕业设计（文献综述）第2页1.绪论1.1引言随着高技术武器装备的问世并运用于局部战争，高技术局部战争便应运而生，并经历着由低级向高级的发展过程。高技术局部战争以其鲜明的特征，标志着战争这个古老而又年轻的社会现象发展到了一个崭新的阶段。第二次世界大战以来，由于霸权主义的争夺而导致的局部战争和武装冲突连绵不断，在新技术革命大潮的冲击下，科学技术得到了飞速发展。军事高技术的兴起，使军队的武器装备发生了质的飞跃，一件件新式武器装备诞生了，一件件旧式武器装备被淘汰了。高技术局部战争便是这种军事高技术与局部战争的结合体。因此，在现代战争中，科学技术水平的高低，将直接影响到战争的胜负。高技术运用于军事领域，首先直接作用于武器装备，引起了武器装备的更新换代，而新式武器装备用于战争，便出现许多新的作战样式，产生新的作战方法，引起了战争形态的变化，最终导致了军事理论的变革，科学技术不但推动了人类社会的发展，也推动了战争的发展。当今，一个研究高技术、利用高技术的浪潮正冲击着社会的每一个角落，而研究军事高技术，利用军事高技术，正是时代的需要，是顺应时代发展的必然。而激光技术正是其中一项。1.2激光技术发展历程激光技术的发展历程可以大致分为受激辐射概念的提出、微波波谱学的创立、微波激射器的问世、激光器诞生以及激光技术的发展这五个阶段。[1]1900年普朗克提出了“量子”假说之后,爱因斯坦于1905年提出了“光量子”假说,认为辐射不仅在发射和吸收过程中是以量子的形式出现的,而且辐射本身也是由光量子组成的。1909年,爱因斯坦对辐射的理解进一步深化,他在《论辐射问题的现状》中明确指出,普朗克定律本身隐含着这样的内容:辐射场不仅显示出波动性,而且显示出粒子性,第一次明确提出了辐射的“波粒二象性”概念。1911年,卢瑟福提出原子结构的核模型。1913年,波尔提出了原子结构假说,1954年7月美国物理学家汤斯和他的小黄河科技学院毕业设计（文献综述）第3页组研制成功了世界上第一台利用受激辐射原理工作的新型微波振荡器——氨分子微波激射器(英文名MASER)，1960年7月7日,当时在美国休斯飞机公司实验室工作的T·梅曼博士,研制成了红宝石激光器[2]，1961年夏,在王之江主持下,我国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内,激光技术迅速发展,产生了一批先进成果。各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。在基础研究和关键技术方面,一系列新概念、新方法和新技术(如谐振腔的Q突变及转镜调Q、行波放大、镧系离子的利用、自由电子振荡辐射等)纷纷提出并获得实施,其中不少具有独创性。[3]1.3激光技术在军事领域的应用的研究现状军事激光技术属于尖端技术，各国都在大力发展。前苏联的激光武器研究始于60年代初期，七十年代初前苏联的激光武器研究已经有了很大进展。美国海军于1971年成立了海军高能激光（HEL）计划管理办公室（PMS-405），意欲作为海军管理硬杀伤高能激光武器系统研制和采购的机构。1978年3月，海军在加州的卡皮斯特拉诺用集成在一起的NACL/NPT系统成功地拦截并击毁了以高亚音速低空横向飞行的“陶式”反坦克导弹。激光技术在军事上的应用主要是实施常规打击、侦察与反侦察、精确制导、保密通信、姿态定位分析以及航空航天中的点火推进控制燃烧等。在攻防方面，占主动权的进攻更具优势，因此，激光在军事上最吸引人的应用莫过于激光武器。激光武器是指利用激光束直接摧毁目标或使之失效的定向武器，主要由激光器、精密瞄准跟踪系统和光束控制与发射系统等部分组成。激光武器以其攻击速度快，转向灵活，可实现精确打击，不受电磁干扰等优点倍受青睐。激光武器能够像常规武器那样直接杀伤敌方人员，使某些光电测量仪器的光敏元件损坏甚至失效，击毁坦克、飞机等，其打击距离可达20km，主要代表有激光枪和激光炮。激光武器还有洲际导弹、太空中的侦察卫星和通信卫星等的高能激光武器，高能激光武器有望成为未来高科技战争中夺取空间优势的杀手锏武器。但是目前高能激光武器技术尚未成熟，按照现有的水平，今后五到十年可望在地面和空中甚至太空平台上部署，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。目前，美、俄、英、以色列等国已研制出车载和机载激光武器。黄河科技学院毕业设计（文献综述）第4页2.激光的基本特性2.1激光的概念激光是利用光能、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，即当原子处于某一激发态时，由于受入射光子的作用，会向低能级跃迁，跃迁过程中发出的光子在频率、发射方向、相位和偏振方向等特性上都跟入射光子完全一样。这样，由于引起受激辐射，一个入射光子就产生出两个光子，这两个光子又会产生四个光子，以此类推，就产生了越来越多的性能相同的光子，使光得到加速，这就是激光[4]。2.2激光的特点1)亮度高由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点产生几千到几万度的高温。2)方向性好激光是定向辐射的,在空间传播光束发散很微小,接近平行光。一般光源(基于自发辐射)都是向四面八方发射的,发散度为4球面度(sr)，激光光束的发散角很小,所以激光在空间上能量是高度集中的,可以射得很远。激光到达接收端的光斑直径很小,在此光斑外,收不到信号,保密性好,抗干扰性强。激光射出20km，光斑直径只有20～30cm，激光照射到380000km远的月球上，其光斑直径还不到2km。3)单色性好光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长的光作用于人的视觉的不同而反映出来。激光的波长基本一致，单色光的谱线宽度越窄,单色性越好,颜色越纯。激光的谱线宽度小到10-8nm,比普通光源的谱宽小上万倍。因此,激光是人类目前得到的最好的单色光源。激光单色性好,可以提高接收机信噪比和灵敏度；另外对在同一背景光干扰下进行特征识别也很有利。黄河科技学院毕业设计（文献综述）第5页4)相干性好由于光由相同的光子组成，所以相干性好，能像无线电波那样进行调制，用来传递信息。时间相干性与光单色性密切相关,而空间相干性与光的方向性密切相关。2.3激光的产生激光是在光学谐振腔中产生的。它的主要功能之一是使光在腔内来回反射多次以增长激活介质作用的工作长度，提高腔内的光能密度。光学谐振腔都是由相隔一定距离的两块反射镜组成的。无论是平面镜还是球面镜，无论是凸面镜还是凹面镜，都可以用“共轴球面”的模型来表示。因为只要把两个反射镜的球心连线作为光轴，整个系统总是轴对称的，两个反射面可以看成是“共轴球面”。平面镜是半径为无穷大的球面镜。如果其中一块是平面镜，可以用通过另一块球面镜球心与平面镜垂直的直线作为光轴。平行平面腔的光轴则可以是与平面镜垂直的任一直线。共轴球面腔结构示意图共轴球面腔的结构可以用三个参数来表示：两个球面反射镜的曲率半径R1、R2，和腔长即与光轴相交的反射镜面上的两个点之间的距离L。如果规定凹面镜的曲率半径为正，凸面镜的曲率半径为负，可以证明共轴球面腔的稳定性条件是：111021RLRL激光器产生激光的前提条件是介质必须实现能级间的粒子数密度反转分布，即0n，或者说增益系数0G。但是，由于光波在实现了粒子数密度反转分布的介质中传播时还有各种损耗，只有当因增益放大而增加的光能量除了能够补偿因损耗而失去的部分外还能有剩余时，光波才能被放大。所以要求增益系数要大于一个下限值，此下限值即为激光器的阈值，它由各种损耗的大小所决定。激光器的损耗指的是在激光谐黄河科技学院毕业设计（文献综述）第6页振腔内的光损耗，这种损耗可以分为两类，第一类是谐振腔内增益介质内部的损耗，它与增益介质的长度有关，叫做内部损耗，第二类损耗是可以折合到谐振腔镜面上的损耗,叫做镜面损耗。3.激光技术在军事领域的应用3.1激光武器的分类根据对目标作用效果的不同，激光武器可以分为软杀伤和硬杀伤两种方式；从作战目标角度，激光武器可以分为战略激光武器和战术激光武器两类。1）软杀伤型激光武器软杀伤（softkill）主要利用高峰值功率激光破坏对方导弹、探测器等设备上的光电传感器、光电系统，损伤红外热像仪和红外制导导弹导引头，对敌方人员致盲或致眩，软杀伤型激光武器对激光器功率要求不高，但已经成为压制光电精确制导武器、光电侦察系统等威胁的有效对抗方式，很多国家已经装备军队，并有多次实战经历。在1982年英阿马岛海战中，英军就在其战舰上安装了DEC激光眩目瞄准镜，照射阿根廷飞机，用来致眩