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1、激光的应用现状与展望SC10023173 黄凯摘要激光是本世纪60 年代初发展起来的新的科学技术，是光量子学的产物。由于激光具有高亮度，高方向性和高单色性，因此不仅使光学焕发出新的生命力，开拓了纤维光学、集成光学、空间光学与计算光学，形成了近代光学， 而且几乎对整个科学技术领域起了重大的改革和推动作用。 正因为如此， 在五十年时间里，国内外激光科学和技术的发展非常迅速，并获得广泛应用。本文简单的介绍了其中一些应用并对激光的发展做了展望。关键字：激光应用现状展望一、引言自 1960 年 7 月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器以来，经过五十年的发展，人们在激光的研究上突破了许多技术难题并取得了相
2、当的成就。激光被发明以来， 以其方向性强、单色性好、 高亮度和高度的时空相干性引起了科学家们特别是军事家们的广泛关注，经过科学家们的不懈努力，今天的激光仪器无论是从工作原理、实验手段， 还是制造工艺都已逐步成熟。 激光日益受到各大军事强国的重视，并有望成为未来军事技术发展中最活跃的一个领域之一。 迄今为止， 激光在军事领域已经广泛应用于定向能武器、航空航天、 侦察与反侦察、制导、 通信等诸多领域，大大提高了军队在高技术战争条件下的打击与防御能力。同时， 激光的军转民技术也得到了很大的发展。二、激光的广泛应用激光的应用主要是利用激光方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性的特点而被科学家们看
3、好。在军事领域， 激光可以用于实施常规打击，航空航天中的点火推进控制燃烧， 侦察与反侦察， 精确制导， 保密通信和飞行器姿态定位等，而这些激光应用的军转民成果在民用领域也必将有着广泛的应用前景。下面我们以激光在军事领域的应用为主并有针对地介绍一些激光军事应用技术的军转民成果和研究方向。1、激光武器利用沿一定方向发射的激光束直接攻击目标的武器称为激光武器，它是定向能武器的一种。经过20 年代的研究与发展，制造激光武器所需的各项技术已有长足的进步，成功地进行了一系列的激光打靶试验，证明激光武器是可实现的，并且具有如下特点。快速：激光束以光速射向目标，射击时一般不需要提前量。灵活：发射激光几乎没有后
4、坐力，因而易于迅速变换射方向，并且射速高，能在短时间内射杀多个目标。精确：可将能量聚焦于很细的激光束，精确地击中目标甚至目标的脆弱部位。不受电磁干扰。战术激光武器包括“硬杀伤”激光武器和“软杀伤”激光武器两种。前者是利用强激光束破坏目标； 后者所需能量较低， 主要用于烧伤人眼或破坏武器的电子设备和光电传感器，所以又称为激光致盲武器或激光反传感器武器。激光反传感武器技术较为成熟，是当前的发展重点。现代飞机、导弹等武器装备中有多种电子和光电探测设备，如制导系统、导航仪、夜视仪、 红外探测器等， 这些设备很精密，也很脆弱， 只需较小的能量就可进行干扰或破坏，使整个武器装备失控或失效。人眼也是如此，
5、激光会使它暂时甚至永久失明。目前， 美、俄、英、法、德、日等国都在积极发展激光致盲武器已于1991 年 7 月进入全面工程研制，1995年通过美国陆军的定型鉴定。试验表明， 它可破坏8 公里内的光电传感器。海湾战争后期美军曾把两台样机运到海湾战场准备试用，因战争很快结束而未进行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 激光武器也有弱点，主要是：随着射程增加，落在目标上的光斑增大，能量密度降低，破坏力减弱， 有效作用距离因
6、此受到限制；在地面或飞机上使用，大气对激光有较强的衰减作用， 不良天气、 战场烟尘、 人造烟幕等对激光的衰减作用更大，大气的折射和扰动也会给瞄准目标带来困难；激光器的能量转换效率较低，需要有充足的能源供应，因此在目前技术条件下激光武器的体积和重量较大，限制了它的使用。2、激光通讯像微波雷达与激光雷达的差别一样，通信领域也能从微波范围转向可见光范围。激光通信是以激光为载波，自由空间为传输介质的通信技术。在远距离信息传递方面，激光通信因其波长短， 发散角小， 在接收器处可获得以数量级提高的功率密度，对于光的自由空间传输， 只需要较小的望远镜和极低的发射功率；并且还可以利用光进行极高密度的数据率传输
7、。同样，由于激光的波长短、发散角小，用于激光通信的天线可做得很小。此外，激光通信对对潜通信尤为重要，由于蓝光或绿光穿透海水时衰减最小，波长为 0.470.54m 的蓝光经过100m 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，也就极大地提高了海军的其生存能力。然而， 激光通信也有一些不足之处，例如激光强度在传输介质中的衰减，激光束的发散问题等，这一问题的克服有待于激光技术的进一步发展。目前的光纤通信技术，正是基于了激光的单色性与宽带宽的性质而发展成熟起来的。光作为通信的载体已经成功的服务了我们的社会。3、激光测
8、距激光的方向性好、扩散角小的优势在激光测距中表现得尤为明显。加上激光的高能量，使得激光测距的距离已经达到十万千米量级。阿波罗飞船将一系列激光测距反射镜放置在月球的表面，利用激光测距技术，使得精确测量地月距离成为了可能。激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的： 测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。4、航空航天激光在航空航天领域有着广泛的应用，在此，主要介绍的是现今处于研究前沿的激光点火、 推进和控制燃烧的技术。 （1）激光点火： 激光点火技术作为一
9、种新型的点火技术已越来越受到各个国家的重视。当激光强度足够高、光斑直径足够小、辐射热流密度足够高时，热吸收速率就会远远大于热扩散速率而使能量迅速积累，从而使激光点火成为可能。这种技术使燃料在低温条件下实现爆震燃烧成为可能，大大提高了普通发动机达到超音速飞行推力。一般，点火过程受AP 的表面积、燃烧推进剂、初温和热流密度等因素影响较大，而激光点火能够独立于初温以及气体组分等环境参数选择热流，具有很高的可比性。俄专家为了证明该技术的有效性，使用燃烧性能差、在1000 摄氏度时才能燃烧的甲烷进行了实验，发现激光可使甲烷在300-600 摄氏度的低温条件下燃烧。（2）激光推进：激光推进技术是将激光的能
10、量转化为飞行器初能而飞行器自身不用携带燃料的一种新型的推进技术。激光推进方法于 1971 年首次提出，现今已经成为国际上日益引起关注的先进推进技术之一。主要分为两种方式： 一是利用激光和工质相互作用产生推力。它包括空气吸气模式和烧蚀模式。二是利用激光显著的光压效应产生推力，即借助太阳光压来推动飞船，实现无燃料航行。（3）激光控制燃烧： 激光控制燃烧技术是一种随着航天航空技术要求的提高而产生新型燃烧控制技术，指的是采用激光维持燃烧设计，可任意节流和熄灭-重起燃烧的推进控制方法。在推力器的设计上， “非自主燃烧推进剂”的燃烧由激光照射控制，激光照射时燃烧进行，反之，燃烧就会停止。 用这种方法， 可
11、制成高效率的非自主燃烧推进的激光控制的微型推力器。实验表明，在1kpa-100kpa 的背压下，固体推进机的燃烧可由5w-30w 的激光照射控制，燃烧名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 能任意中止和重启，推力可任意调节，因此大大提高推进系统的性能，有极大的发展潜力。5、激光制导制导指的是控制和导引飞行器，使其按照选择的基准飞行路线进行运动的过程。目前在军事领域采用的制导方式主要有卫星制导、惯性制导、 地形匹配制导和激
12、光制导。作为主要的制导方式之一，激光制导是以激光作为传递信息的工作物质的制导，依靠寻的器， 自动跟踪激光目标指示器射向目标反射回来的激光束。激光目标指示器发射的激光始终瞄准所要攻击的目标， 弹头的光探测器锁定在反射激光束上。探测器接收的信息经处理控制尾翼，使导弹调整其飞行路线，精确命中所要攻击的目标。激光制导以其具有投掷精度高、捕获目标灵活，导引头成本低、 抗干扰性能好、 操作简单等优点被各国军事家所看好。现今已有大量激光制导武器装备部队，如激光制导导弹、激光制导炮弹和激光制导鱼雷等。激光制导根据其制导方式的不同可以分为半主动制导、主动制导和波导制导。目前制导的方式以半主动制导和波导制导为主，
13、各大军事强国都正在积极开发高性能目标捕获跟踪和激光指示系统、开发小型化激光雷达导引头、提高武器系统的抗干扰能力和生存能力以实现激光自主制导。三、激光的发展与希望激光还有十分广发的应用，比如准分子激光器治疗近视的手术;激光刀用于手术来减少病者的痛苦等在医学上的应用，激光核聚变、 人造小太阳、 非线型光学的发展等等物理学研究中的应用。激光的发展经历了1916 年爱因斯坦提出受激辐射概念、20 世界上半叶布鲁赫兹共振研究观察粒子、上世纪 50 年代对负色散研究粒子数反转和微波激光雷达的发明。最后，1960 年 7 月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。短短不到半个世纪的时间激光就从理论来到了现实，又
14、经过了短短半个世纪的时间，激光从实验室来到了社会生活的各个方面，再过半个世纪， 。相信随着科学技术的不断进步，激光必将得到更加广泛的应用。四、总结从老师手上的激光笔到卫星上的激光武器，人们在追求高质量的激光光束的同时，也将激光推广到了人们生活的各个方面。正是由于社会各个方面的需求，激光的发展将会掀开一个新的篇章。参考文献1 郭奕玲沈慧君 .物理学史 M. 北京 :清华大学出版社,2005 344-354 2 高旸 .激光发展现状与应用前景分析J.中国科技信息,2007,(19):270-271 3 刘秀珍 .激光在医学上的应用与防护J.北京生物医学工程, 2006, (2): 223-224. 4 李疏芬 , 牛和林 .NEPE 推进剂激光点火特性,推进技术 ,Vol.23(2),2002.4,172-175 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -