激光与激光武器

第八章第八章第八章激光是上世纪60年代世界上出现的一项重大科研成果。它的出现，标志着人类对光的掌握和利用进入了新的阶段，世界上第一台激光器是美国人梅曼于1960年7月研制出来的，随后，我国也于1961年9月研制出了激光器。在短短的几十年间，世界激光技术的发展速度十分惊人。目前，它已广泛应用于工业、农业、医疗和科研等许领域。第四节军事激光技术第八章在军事上，激光已被应用于制导、测距、雷达、通讯、侦察、对抗等方面，并已取得了许多重要成果。同时，激光武器的研制与开发工作也在紧锣密鼓地进行。第八章一、激光与激光武器光是由一颗颗微粒组成的，以3155km/s速度运动着的粒子流，这些微粒就是光子。同时，它又和无线电波、微波、X射线一样，都是电磁波。简单地说，光既是粒子，又是波，具有波、粒双重特征：光在传播时，明显地表现出波动性；在与物质相互作用时，明显地表现出粒子性。光是大量光子集合的总和。(一)什么是光第八章光波通常包含可见光、红外线和此外线。光的一切特征都是由波长决定的。光波的波长范围为0.01-1000um；频率范围为3105MHZ-30GHZ。可见光的波长范围为0.4-0.76um，红外线的波长范围为0.76-1000um，紫外线的波长范围为0.01-0.4um。红外线与紫外线都是不可见光，因为它们不能引起人的视觉。第八章在可见范围内，还能感觉到光的不同颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这些不同的颜色，是因为它们的波长各不相同，不同波长的光能引起不同的视觉。因此，眼睛能辨别颜色，但当眼睛同时受到各种色光的作用时，就会产生白光的印象，所以白光是复合光。第八章(二)光是怎样产生的物质发光是伴随着物质的原子、电子等微光粒子无休止的运动产生的。第八章通常情况下，电子在原子最近的轨道上运动时，原子处于最低的能量状态，即：稳定状态。当外界向原子提供能量时，原子由于吸收外界能量而引起自身能量状态发生变化，能量提高了，此时原子中的电子就会从能级低的轨道跳到某一能级高的轨道上运动。且外界提供的能量越大，电子的轨道就越高。但被激发到高能级上的原子是不稳定的，它们在高能级上只停留极短的时间(108~109S)，然后立即向低能级跃迁。这个过程是在没有外界作用的情况下完全自发地进行的，称为自发跃迁。第八章然而，原子在自发跃迁过程中，要把吸收的能量释放出来，如果释放能量的形式是向外辐射一个光子，此释放能量的过程称为自发辐射。第八章自发辐射光极为常见，普通光源发光，主要包含受激吸收与自发辐射两个过程。当外界不断地提供能量时，原子就会不断地由受激吸取到自发辐射，循环不止地进行，每循环一次，辐射一个光子，光就是这样产生的。它的特点是：由于各个原子在自发辐射时，没有统一的步调，辐射的时间有先有后，波长有长有短，传播的方向也不一致，所以通常我们见到的光，都是许多杂乱无章的光子组成的散光。如：阳光、灯光、火光都属于自发辐射光。第八章(三)什么是激光激光是受激辐射的光放大，是利用物质受激辐射原理和光放大过程产生出来的一种特殊光。受激辐射是指当处于高能级的原子，在外界因素的诱发下，跃迁回到低能级而发光的过程。第八章光放大是指输入一个外来光子，而输出的是两个完全相同的光子，其中一个是外来光子，另一个是被外来光子诱发出来的光子。这样一个光子诱发一个原子产生受激辐射，得到了两个完全相同的光子，这两个光子再去诱发两个原子产生受激辐射得到完全相同的四个光子如此链锁地进行下去，完全相同的光子数目便会越来越多，即光被“放大”。第八章(四)激光与普通光的区别激光与自发辐射光在本质上完全一样，都是通过物质内部的粒子把外界能量转换来的。所不同的是激光是用一种特殊的光源和发光物质在激光器里产生的，它是一种特殊光，与普通光相比，有以下四个主要特点：第八章1.方向性好。它发射出去的光，基本上是一条直的平行光束。2.亮度高。激光的亮度比太阳表面的亮度高几百亿倍，它是目前世界上最亮的光。第八章3.单色性好。激光问世前，最好的单色光是氪灯发出的光，而激光比氪灯光的单色性高出几十万倍。4.相干性好。激光即便从各点发出的光，也如同从一个点发出的光一样，具有相同的频率、相位和振动方向。第八章(五)激光器激光器是利用物质受激辐射放大电磁波的原理产生激光的装置。它由工作物质，谐振腔和激励源三部分组成。第八章1.工作物质。又称为激光物质，它与普通发光物质的区别就在于具有亚稳态能级。也就是说，激发到高能态的粒子稳定时间较长，通常可达103秒数量级时间，但最终还是要自发地回到基态，以保持其稳定性。工作物质受到激励后，将出现两种粒子，一种高能级粒子，另一种低能级粒子，当高能级粒子多于低能级粒子时，就会有激光输出。第八章2.谐振腔。谐振腔是由两个面对面的反射镜构成的腔，其中一块全反射镜，另一块为部分反射镜，此两镜互相平行，分别装置于激光物质的两端，且与激光物质的轴线垂直，它们之间的光学长度等于受激辐射光的半波长的整倍数。由于谐振腔的控制，只有沿着激光物质轴线方向的受激辐射光子，才能在谐振腔中来回振荡往返于激光物质之中，使受激辐射的光放大连续进行。这样既保证了激光的连续输出，又限制了输出激光的方向和波长。第八章3.激励源。必须给工作物质以足够强的能量，靠这个能源将基态的粒子激发到高能态，最后实现粒子数反转。能源是多种多样的。如：光能、电能、热能、化学能等。第八章激光器的种类繁多。按工作物质划分有：固体、气体、半导体、化学、染料等激光器。按谐振腔分有：非稳腔激光器、共焦腔激光器、平面腔激光器等。按激发方式分有：电激发激光器，热激发激光器，光泵激光器和化学激光器等。激光器是激光应用技术中的重要部件。因此，激光器的研制水平标志着一个国家激光技术的发展水平。第八章二、激光技术在军事上的应用激光在军事上应用范围很广。主要是利用它的方向性、单色性、相干性和高亮度的优点，用它进行激光制导、激光测距、激光雷达、激光通讯、激光侦察和制成激光武器等。第八章(一)激光制导激光制导是继雷达、红外、电视制导之后发展起来的一种精确制导技术。目前已投入使用和正在研制的激光制导武器有激光制导炸弹、空地导弹、空地反坦克导弹、炮弹、火箭弹、防空导弹等。目前激光制导武器主要采用半主动式回波制导和半主动式波束制导两种。第八章激光制导与其它制导方式相比，具有如下特点：1.命中率高。经多次实验证明命中率可在97%。3.制导系统体积小，重量轻、结构简单、造价低廉。2.抗电磁干扰能力强。由于激光属于可见光，故不受电磁波干扰。但是，激光制导也存在其缺点：主要是受天气影响较大。大雨浓雾、扬尘(烟幕)使激光传输受限制难以正常工作。第八章(二)激光测距激光测距机的类型很多，结构也不尽相同。在军事领域中，激光测距机主要用于地形测量、战场前沿测距、火炮测距、飞机、导弹测距和云层测量等。目前世界各国的激光测距机大部分装配于坦克、地炮、舰炮和机载武器等，少数型号装备于迫击炮、枪榴弹发射器等步兵武器。第八章与一般光学测距相比，激光测距有以下优点：1.操作简便、速度快。实时显示，容易与有关装置组成自动化火控系统，缩小武器的反应时间，提高武器的火力机动性。2.测距精度高。在测程范围内，测距精度不受距离远近的影响。第八章3.体积小、重量轻。国外有一种观察、测距两用激光测距机，重量0.4kg，大小如同一包香烟。激光测距的主要缺点是不能全天候使用，其作用距离受天气和战场条件(硝烟、尘埃等)影响较大.为适应全天候作战的需要，常常配合雷达使用。4.抗电磁干扰。激光测距机工作在光波波段，不受电磁波干扰。第八章(三)激光雷达在激光测距机的基础上加装测角、测速和自动跟踪装置就构成激光雷达。它同工作在微波段的雷达相比，激光雷达的优点是角分辨力高、成像清晰、测量精度高、隐蔽性好、抗干扰能力强和体积小、设备简单。目前，比较成熟的激光雷达有美军研制的激光障碍物和地形回避警戒系统，在直升机前方扫描半径为1.6km能发现450m处直么为3.2m的金属线。第八章(四)激光武器利用激光的能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器称为激光武器。根据激光武器发射的能量不同，可分为低能激光武器和高能激光武器两类。第八章1.低能激光武器。系指发射功率较小的激光轻武器。它的外形和普通步枪差不多，故亦称激光枪。它体积小，重量轻，击发时无声响。用激光枪照射各种精密仪器，可烧坏其脆弱部件而使仪器失灵；在近距离用它照射人员，可以烧焦皮肤，或使衣服燃烧而失去战斗力；在一定距离上用它照射人眼，可以使人致盲。那么，无论战时，还是平时都应重视对激光的防护。基本方法是配带反射型或吸收型的防护眼镜。第八章2.高能激光武器。又称强激光武器或激光热武器。它是一种大型的激光装置，外型和普通火炮差不多，所以也叫激光炮。它主要用于对各种高速运动的目标实施攻击。用它照射导弹，可把极高的能量传送到导弹表面，使其跟踪器被烧坏而失灵，从而失去正确飞行方向。用它照射卫星，可以对卫星造成严重破坏，甚至将其星体击穿。第八章激光武器与常规武器相比，有以下特点：不需要计算弹道用常规火炮攻击目标，要根据距离、高度、风速、风向及弹头初速等因素进行弹道计算，确定射击诸元素，而激光武器发射的是高能激光束，其光路是一条直线，不用计算诸元素，命中率很高。第八章不需计算提前量用常规火炮攻击运动目标时，必须根据弹头飞行时间和目标运动速度计算出适当的提前量，否则，无法命中目标。激光武器发射的是以光速飞行的激光束，其飞行时间几乎为零，故不需要提前量。瞄哪打哪。第八章不产生后坐激光武器是一种无惯性武器。因为激光武器发射的高能激光束几乎没有质量，不会产生后坐力。所以，激光武器能灵活而迅速地改变射击方向，而不影响射击精度和效果。第八章激光武器不受电子干扰。激光武器的使用有很大的局限性。自然条件中的云、雾、雨、雪等都是激光难以逾越的障碍，在大雾弥漫遇有雨雪时，激光武器便不能发挥威力。第八章三、激光技术在现代高技术条件下战争中的发展激光技术问世时间虽短，但发展速度惊人，尤其是在军事领域中的应用。79年中越自卫反击战使用了激光武器，82年英阿马岛战争使用了激光武器，后来的一些局部战争大多都使用了激光武器，尤其是美国参战的，基本上都使用了激光武器及其设备，如：海湾战争，科索沃战争，据报道，直接参战的多国部队战斗机，都配备了机载激光投弹制导仪，大大提高了命中率。现在世界上有许多国家都有激光制导仪，但目前最好的是美国的“低空飞行和夜间红外线追踪系统”，它不需地面人员指挥，便可自动瞄准敌方目标进行导弹袭击。随着激光技术的进一步发展，激光武器将会越来越先进，它必将在未来太空作战中发挥巨大的作用。第八章所谓电子对抗，就是敌对双方利用电子设备或器材，采取一切方法和手段所进行的电磁斗争。外军叫电子战。第五节电子对抗技术第八章电子之所以能对抗，是因为电子设备发射的电磁波传播在空中，都有一定的频率，一方面敌我双方都能侦察到，只要发射与对方相同频率的电磁波就可实施干扰；另一方面电子设备只要发射便可被对方测位，易遭摧毁。目前，军事上应用对抗的基本方法是：电子侦察与反侦察、电子干扰与反干扰、电子推毁与反摧毁。第八章一、电子对抗技术的形成与发展电子对抗始于20世纪初无线电通信应用于军事斗争之后。第二次世界大战期间，在通信对抗不断发展的同时，导航对抗出现了。随之雷达对抗迅速兴起并成为大战中电子对抗的主要形式，随着干扰技术的发展，多种相应的反干扰技术也得到了应用。50年代中期以后，电子技术、航天技术、导弹技术的飞速发展，特别在越南、中东等局部战争中，各种战术导弹、制导炸弹和用雷达控制火炮的广泛应用，促进了电子对抗的全面发展。第八章西方军界人士从中东战争得出的结论是：电子对抗是保证突破敌人对空防御的重要因素；不进行电子对抗，要取得战斗行动和整个战争的胜利是不可能的。进入80年代后，电子对抗在马岛战争和黎巴嫩战争中，发挥了重要的作用，进一步展示了未来战争电子对抗的重要地位。当时，西方通讯社认为，马岛战争“是世界上第一场涉及空间时代的导弹及复杂的电子系统的海战”。第八章接下来美国空袭利比亚、海湾战争、科索沃战争，再次