激光技术是研究激光的产生、传输及其应用的技术,是20世纪60年代出现的重大科学技术成就之一。它的出现,强化了人们对光的认识,扩展了光为人类服务的新天地。激光的产生标志着人类对光的认识和利用进入了一个新的阶段。激光技术已成为现代科学技术的重要组成部分。激光技术的应用已经深入到社会的方方面面,在工业、农业、医疗、科研和军事等领域都有着广泛的用途。尤其是它在军事方面的应用,更是科技发达国家激烈争夺的一个重要制高点。军事激光技术几十年来发展迅速,目前已在制导、探测、通信和致盲等方面应用,高能的激光武器也在研制之中。从发展趋势看,军事激光技术必将给现代战争带来重大影响。
(一)激光概述
1.激光
激光是一种以量子系统(原子、分子、离子和电子束)受激辐射原理而获得的红外、可见光、紫外乃至软X射线波段的相干电磁辐射。因此,激光也是一种光,只不过是一种由特殊光源——激光器——产生的光。激光与普通的自然光在本质上是一致的,但仍有其自身的特点。
2.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。早在1916年,爱因斯坦就提出了物质受激辐射的原理,直到1954年才由C.H.汤斯等制成氨分子受激辐射微波振荡器。1960年,美国人T.H.梅曼研制成功世界上第一台红宝石激光器。最初人们称它为“光的受激辐射器”,中文译名为“莱塞”,1964年以后才统称为“激光器”。
激光器主要由三部分组成:工作物质、谐振腔(或称共振腔)和激励源。
工作物质,它是激光器的核心。只有实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。目前,激光工作物质已有数千种,激光波长也扩展到软X光,乃至远红外光。
谐振腔,它是激光器的重要部件。其作用:一是使工作物质受激辐射连续进行;二是不断地给光子加速;三是控制激光输出的方向。
激励源,又称光泵,它的作用是给工作物质以能量,就是将原子由低能级激发到高能级的外界能量。它可以是光能源、电能源、化学能源和热能源等等。
激光器主要是按照下述三种类型来划分的:
按工作物质划分:有固体、气体(原子、离子、分子)、半导体、化学、染料、自由电子激光器、玻璃激光器、氦氖激光器等。
按谐振腔划分:有非稳腔激光器、共焦腔激光器、平面腔激光器、调频激光器和锁模激光器等。
按激发方式划分: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。
激光器是激光技术的重要载体,它一面世,便被广泛应用于军事领域。世界各国都十分重视激光器的研制和发展。激光器的研制水平标志着一个国家激光技术的发展水平。
3.激光的特点
(1)定向发光
普通光源是向四面八方发光的。要让发射的光朝一个方向传播,需要给光源装上一定的聚光装置,如汽车的车前灯和探照灯都安装有聚光作用的反光镜,从而才能使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光,自身就是朝一个方向射出的,光束的发散度极小,大约只有0.001弧度,接近平行。1962年,人类第一次使用激光照射月球,地球离月球的距离约为38万千米,但激光在月球表面的光斑接近2千米。若聚光效果很好,看似平行的探照灯光柱射向月球,其光斑将覆盖整个月球。
(2)亮度极高
在激光发明前,人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高,与太阳的亮度不相上下,而红宝石激光器发射的激光亮度,是氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高,所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(光照度的单位),颜色鲜红,激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球,产生的照度大约只有一万亿分之一勒克斯,人眼根本无法察觉。激光的亮度之所以极高,主要是因为它定向发光,大量光子集中在一个极小的空间范围内射出,能量密度自然极高。
(3)颜色极纯
光的颜色由光的波长(或频率)决定,一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围在0.76~0.4微米之间,对应的颜色从红色到紫色共7种颜色,所以太阳光不是单色光。发射单种颜色光的光源称为单色光源,它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源,只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光,单色性很好,被誉为单色性之冠,波长分布的范围仍有0.000 01纳米。因此氪灯发出的红光,若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见,光辐射的波长分布区间越窄,单色性越好。
激光器输出的光,波长分布范围非常窄,因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例,其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米,是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见,激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
此外,激光还有其他特点:①相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致,使激光光波在空间重叠时,重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源发出的光,其频率、振动方向、相位不一致,称为非相干光。②闪光时间可以极短。由于技术上的原因,普通光源的闪光时间不可能很短。照相用的闪光灯,闪光时间是千分之一秒左右。脉冲激光的闪光时间很短,可达到6飞秒(1飞秒=10-15秒)。闪光时间极短的光源在生产、科研和军事方面都有着重要的用途。
(二)激光技术在军事上的应用
激光技术在军事上的应用,主要表现在对武器装备产生影响并相应引起作战方式的变化。
1.改进和完善现有武器装备,使其成为高技术武器装备
从现代战争的作战武器运用看,激光技术几乎可以融合到所有现代武器当中,配合现有武器装备使用,在军事行动的目标测定、己方定位、射击精度、远程攻击和毁伤威力等方面,发挥了很大的作用,提高了武器装备的作战能力,并在实战中取得积极效果。
激光测距机。它是用激光器作为光源测量目标距离的装备,是激光应用于军事最早的装备。1961年,即世界上第一台激光器出现的第二年,就制成了第一台激光测距机样机。1964年第一批激光测距机交付试用,1968年大批投产。目前,美、俄、英、日、挪威、瑞典、荷兰等技术先进的国家已普遍装备部队,其类型不下60种。
激光测距机具有作用距离远、测量精度高、体积小、重量轻以及抗干扰性能好等优点。激光测距机在军事上使用的范围几乎渗透到各军兵种,成了一种极为普遍的军事装备。如炮测距机、坦克测距机、机载测距仪和机载测高机、舰炮测距机,航天技术中的卫星跟踪测距机、超远程的地—月激光测距机,以及遥感技术中用于军事侦察的测距机等等。
测距机的发展趋势是把测距—观察(瞄准)—跟踪综合为一体,使激光测距机成为一种多功能、高度自动化的军事装备。
激光雷达。其原理和微波雷达原理相似,主要用于确定目标的距离、速度、加速度和角坐标(即确定坐标的位置)。
激光雷达的优点是:测距精度达几厘米(微波雷达为几米);测角精度高达0.1毫弧度;抗干扰性能好,可弥补微波雷达的盲区;设备体积小,重量轻。
激光雷达的主要类型有:导弹发射初始段的跟踪测量雷达,低飞行目标跟踪测量雷达,目标飞行姿态的测量雷达,反导和再入大气层测量目标识别雷达,宇宙导航雷达等。上述除宇宙导航雷达外,其他雷达都已正式列入靶场的测试设备。
(2)激光制导
激光制导就是利用激光技术进行导引和控制。它可以导引和控制飞机、军舰和导弹等武器。对一枚导弹来说,激光制导的功能是测量、计算导弹实际飞行的路线和理论飞行路线的差别,形成制导指令,调整导弹发动机的推动方向,控制导弹的飞行路线,以允许的误差命中目标。
用于武器系统的激光制导方式有两种,即半自动式回波制导和半自动式波束制导。半自动式回波制导是弹头本身不装激光发射器,只装激光接收器和导引头。发射源可以安装在地面(水面),也可以安装在飞机上。弹头发射后,激光接收器自动接收来自目标反射或散射的激光能量,并将弹头导向目标。半自动式波束制导,也是在弹头上装有激光接收器导引头,但弹头必须始终沿着地面、水面或空中发射的激光波束飞行并攻击目标。
激光制导炸弹。它是由飞机或其他航空器投掷的无航空动力,但装有激光导引头的爆炸性弹药。最早研制并使用激光制导炸弹的国家是美国。美国1964年制成试验样弹,1968年在侵略越南的战场上进行作战试验和鉴定。激光制导炸弹命中率比手控投放无制导的普通航空炸弹提高200倍,比计算机投放无制导炸弹命中率提高50倍,把航空炸弹的命中率从原来的圆概率误差90~100米一下子提高到3~4米。因而,它又被称为“灵巧炸弹”。
激光制导导弹。它是利用激光制导装置将导弹引向目标的武器系统。继“灵巧炸弹”出现以后,美国于20世纪70年代初又研制成功激光制导导弹,于1976年交付试验。目前正在向着标准化的方向发展,现已有12个型号的激光制导导弹。激光制导导弹主要用于反坦克,也可作为空对空、空对舰、舰对舰和地对地导弹等战术武器。
激光制导炮弹。它是由火炮发射依靠自身的激光制导装置(导引头),将弹丸导向目标的弹药。
激光制导武器的抗干扰能力较强。对武器制导系统的干扰概括起来主要有三个方面:一是人工干扰,如战场上电磁干扰;二是自然背景干扰;三是多弹同时攻击形成的自身干扰等。由于激光自身的特殊性,如方向性强、单色性好、能量集中等特点,使其表现出较强的抗干扰性,电磁干扰、红外干扰、背景干扰等对其奈何不得,而目前对激光的其他人工干扰技术又不成熟,因而激光制导武器是目前战场上受限制较少、最具进攻性的武器之一。
(3)激光通信
激光通信和电子通信一样,分为有线通信和无线通信两种方法。有线激光通信称为光纤通信,或称为光缆通信。无线激光通信分为大气激光通信和空间激光通信,两者的区别在于:大气激光通信是利用大气作为传输媒介,空间激光通信是以空间物质作为传输媒介。
激光通信的优点是信息容量大,通信距离远,保密性能好,设备体积小、重量轻。信息容量是衡量通信设备优劣的最重要的指标。信息容量与信息频带宽度成正比,频带越宽,信息容量就越大。微波通信由于受通信频道的限制,故基准频带不可能很宽。而激光是用光频作为信道频率,激光的频率高达1 011~1 015赫兹。因此,激光通信的基频比微波通信基频高107倍。从理论上讲,激光通信可以同时传输1 000万套电视节目或1亿个电话。保密性强是说激光波束窄,信息在空间的散布很小,因此,它不易被察觉或截获。另外,激光通信还有良好的抗电磁干扰和抗辐射的能力。激光通信的弱点是:在大气激光通信中,由于光是直线传播的,所以天气、地形、地物对大气激光通信的影响很大,难以在全天候使用,易受起伏地形和高大地物的阻隔;激光束很窄,因此通信瞄准比较困难,天线必须有精确的方向性。
2.形成和发展新概念的武器装备
新概念武器是科学技术尤其是高科技发展的结果。目前所说的新概念武器主要有:粒子束武器、动能武器、激光武器、人工智能武器等。激光武器仅仅是新概念武器中的一种。激光武器完全是激光技术在军事领域直接应用的结果。作为武器,要杀伤或破坏目标都必须有一定的能量,但不同的武器,其能量向外传输的方式是不一样的。传统概念的武器,如炮弹、炸弹,甚至包括威力巨大的原子弹、氢弹等武器,爆炸之后,能量是以炸点为中心向四面八方传播的,这些武器根据自身能量的不同,在一定的范围内造成人员或目标的杀伤或破坏。激光武器则不同,它打破了人们对传统武器的认识,以一种全新概念和作用机理,区别于以往的武器。
(1)激光武器是一种新概念武器
激光武器是以激光能量直接杀伤和破坏目标的一种定向能武器,它利用高速、高能激光束直接杀伤或击毁目标,使其丧失作战效能。这种新式武器的能量是沿一定方向传播的,在传播方向的一定距离内,它有杀伤和破坏作用;而在其他方向的任何距离内,它均无杀伤、破坏作用。它主要由激光器、瞄准跟踪系统和光束控制与发射系统组成。
(2)激光武器的特点
与常规武器相比,激光武器具有以下特点:一是速度快;二是精度高;三是机动灵活;四是不受电磁干扰;五是效费比高。正是由于上述特点,激光武器在作战中表现得非同凡响。
打击目标迅速、准确、灵活。常规武器射击运动目标必须考虑提前量,激光武器是以光速传播的高能激光束,因此在射击时不需要计算提前量,一旦发现目标,就能迅速做出反应,以极高的命中精度攻击目标。如果对距离10千米,以400米/秒运动速度飞行的飞机射击,在从发射到击中目标所用的时间内,飞机仅移动1毫米。
激光武器发射的几乎没有质量的高能激光束,是无惯性武器,因而可以灵活、迅速地变换射击方向,扩大射击范围,加上射击精度高,可以连续射击,每秒可发射几百个脉冲串而不影响精度和效果,这样就可以在较短的时间内攻击较多的目标。如可以拦截多枚精确制导炸弹、炮弹和导弹,对付大批量的飞机等。
功率大、输出能量高、杀伤力强。激光武器的核心是激光器,它输出的激光功率大小、光束质量的好坏、热效率高低等情况对其杀伤能力均有较大影响。计算表明,使导弹丧失作战能力的战略激光武器的能量是108瓦,使飞机等铝制作战武器丧失作战能力的战术激光武器的能量则是105瓦左右。1977年,美国首用化学激光器对一枚正在飞行的奈克导弹拦击,实验表明,2×107瓦左右的输出能量,7秒钟左右可使400千米以外的导弹助推器着火、爆炸。
目前用于高空机载的气动激光器,用于陆地车载的放电激光器和用于海上的化学激光器的研究,都有重大突破。
据报道,美国空军用安装在改进的波音飞机上的发射能量为400千瓦的二氧化碳激光炮,击毁了5枚从“海盗式”战斗机上发射的“响尾蛇”导弹。俄罗斯已经建造了作用距离达10千米的防空激光武器系统,试验中击毁过模拟美国的无人驾驶亚音速飞机。德国也研制成功了自己的激光防空武器系统,准备安装在“豹-2”坦克上,可破坏10千米内来袭的飞机、战术导弹等目标,并可破坏20千米远或更远的光电系统。
(3)激光武器被誉为“超级武器”
激光武器是一种非常厉害的、攻防兼备型的武器。按其用途通常可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。
战术激光武器主要包括激光致盲武器和用于防空、反坦克、反战术导弹的近程激光武器。(www.xing528.com)
激光致盲武器就是所谓的“激光枪”,也称“激光视觉干扰系统”。其原理主要是:利用人眼对0.4~1.0微米之间的可见光与部分红外波段的光敏感、聚焦作用强的特点,将激光的波段设在这一范围内,以实现对人眼的严重损伤,这种损伤属永久性损伤。1995年10月,联合国将激光致盲武器列入具有过分致伤或滥杀滥伤作用的非人道武器,在全球范围内加以禁止研制和发展。
近程激光武器,主要是指机载、舰载和坦克、装甲车等携带非高能的激光武器,其用途主要是对付敌人成群来袭的飞机、地面大规模进攻的坦克、空中的战术导弹,尤其是子母弹等战场目标。专家认为,近程激光武器因其本身的特点,用于防空和对付敌方大规模的目标有相当的发展潜力。
战略激光武器就是高能、远距离作战的激光武器。这种武器为实施太空战尤其是太空中的反卫星和反导弹作战提供了重要的物质手段。
反卫星作战。它是指利用各种军用卫星从侦察、监视、预警、导航、通信和气象保障等方面支援陆地、海上和空中作战。
第四次中东战争,埃及和叙利亚曾借助苏联的侦察卫星提供的军事情报,在战争初期掌握了战争主动权;而以色列又是利用美国的侦察卫星提供的情报,在埃及防御的薄弱地带突入其防线,使战局发生扭转。英阿马岛战争,美国有24颗卫星侦察、监视战场,向英军提供情报,使其控制战场局势;苏联也有37颗卫星监视战场,向阿军提供情报,使其击沉装备精良的“谢菲尔德号”导弹驱逐舰。
海湾战争,美国动用了70多颗卫星,监控整个战场,为多国部队提供了全面有效的信息保障,在支援、指挥、控制战争直到赢得战争胜利起到了重要作用。
上述战例表明,部署在太空战场中的各种军用卫星已参加到战争中来了,并成为战争体系中的重要组成部分。由于战争中卫星的作用,所以反卫星作战变得日益重要起来。
激光反卫星作战是指用激光武器摧毁、破坏和干扰敌方各种侦察卫星、预警卫星的脆弱部位——光电系统,使其失效或丧失能力。
从现在研究的情况看,反卫星作战比反战略导弹作战容易得多,因为卫星运动轨道相对稳定,相对地面运动的速度有限,且光电系统较易受攻击,因而对瞄准跟踪系统和激光能量的要求不是很苛刻。据说1975年苏联曾用陆基激光武器摧毁两颗飞临其上空的美国侦察卫星,使其成为瞎子。最近几年,美国与俄罗斯多次进行反卫星试验,成功多于失败。
反战略导弹作战。激光武器反战略导弹,主要是用激光武器全程拦截敌方进攻的战略导弹,拦截的最好时机是处于助推阶段飞行的战略导弹。所谓助推阶段,是指战略导弹从起飞到最末一级发动机关机的飞行阶段。这一飞行阶段的战略导弹:一是很容易被发现、被跟踪;二是导弹的弹头和弹体尚未完全分离,弹体庞大,拦截跟踪方便,易被攻击;三是导弹的分导式多弹头和诱饵等突防装置尚未展开,需要拦截和摧毁的数目小,拦截效果更佳。
20世纪80年代,美国政府曾针对苏联导弹的威胁,开始了以激光武器为主要拦截手段的战略防御系统的研究。其设想是以陆基部署为主,通过加大太空战斗反射镜来完成反导弹作战使命,其明显的优势是以光速将能量投射到目标上,并能多次重复发射,大大增加了反导弹防御系统的灵活性和有效性。
激光武器反战略导弹的主要作战方式有两种:一是陆基加太空战斗反射镜;二是陆基加中转反射镜加战斗反射镜,即地面激光武器发射的光束,首先射向位于3 600千米的地球同步中转镜上,再由中转镜反射到位于较低轨道的战斗镜上,最后由战斗镜将激光束照射到目标上。据美国人估计,以1台激光武器在1秒钟内摧毁5枚导弹计算,导弹起飞的最初5分钟内,就可摧毁1 500枚导弹。如果部署7台激光器,就可以将来袭的导弹摧毁概率控制在99.7%。目前,反战略导弹的激光武器尚处于研究实验阶段。其主要类型有:以陆基为主的反战略导弹激光武器,舰载高能激光武器,区域防御激光综合反导弹系统,战区防御机载激光反导弹武器和天基化学激光武器等。
根据激光武器日趋成熟的事实,许多军事家对未来的战场做了全新的描述。在陆上,以激光弹为主要作战武器的各型战车驰骋在战场的各个角落;在海上,五花八门的舰载激光武器灵活快捷地击毁各种飞机和海上飞行的导弹;在天上,激光发射平台神出鬼没地围歼“猎物”,激光武器将战争带入一个崭新阶段。
(三)激光技术应用上的局限性
激光技术作为一门技术,已经应用到军事领域的很多方面,并被世界各国关注,从而被积极地研制、装备和使用。但在实际运用过程中,仍有许多难点还没有得到很好的解决,不同程度地限制了激光技术在军事上的发展,特别是限制了其作为一种新概念武器的使用。这就是激光技术应用上的局限性。概括起来说,主要有两个方面:一是技术方面;二是应用方面。
1.技术方面
(1)破坏机理问题
激光怎样破坏、毁伤目标,是一个非常复杂的问题,也是一个科学界直到今天也悬而未解的问题。经过各国科学家40多年的不懈努力,公认激光的主要破坏方式是烧蚀效应、冲击效应和辐射效应。但是究竟在什么情况下,哪一种破坏方式占主导地位,却并没有准确答案,因而限制了有针对性地研制激光武器的破坏方式的发展。
(2)能量需求问题
激光武器的能量需求主要是针对高能激光武器而言。例如,激光武器要用于反导弹作战,其瞬间(亿分之一秒)能量必须达到108焦耳以上,才能摧毁高速飞行中的导弹。这种能量要求相当高,相应的技术也复杂,这也是技术上的难点。
(3)定点跟踪问题
激光束始终对准目标的某一部位才容易摧毁目标。激光束很细,使极细的激光束始终“盯住”目标的某一部位是一个难题。但目标本身又不是静止的,目标往往在高速飞行的同时,自身又发生旋转,在这种条件下要求激光束始终对准目标的某一部位更是难上加难。
2.应用方面
(1)大气传输问题
激光在大气中的传输受气候、地形、地物和粉尘等因素的影响较大,并随距离的增加而显著减弱。也就是说,激光通过大气传输将会严重衰减,并可能使光束扩散。原因是激光在大气中传输易产生大气吸收、散射、热晕和激励等现象,造成激光束能量被散射、扰动、漂移和畸变,以致衰减90%以上,直至完全被吸收。较长时间以来,激光束不能作为地面战场武器广泛使用的重要障碍之一是大气传输时能量损耗严重。从目前的研究成果来看,激光虽然能够克服大气中的传输问题,但仍需以消耗相当大的能量为代价。
(2)对抗措施问题
目前有效对抗激光技术的方法措施并不多,这是激光对抗、干扰作战方面的局限性。现在采用的对抗方式主要是:以多种手段积极破坏敌方的激光装置,使其不能发挥作用;在被击目标如飞机、导弹、卫星上采取相应的加厚涂料等防激光措施;利用不良气象、烟雾等,使其能量衰减。发展有效对抗、干扰、防护激光的措施一直是科研的前沿问题。
(3)条件限制问题
条件限制也是激光武器应用上的重要局限。激光技术领域是一个有待进一步研究、开发的领域。一些技术虽然完善了,如激光枪,并能够装备到部队,但联合国有关限制激光枪使用的条约限制其广泛传播和应用。
(四)激光致盲武器的简介及防护
1.简介
科学技术的飞速发展及其在军事领域的广泛应用,使传统战争模式发生了根本变化。自从1960年7月美国人研制出世界上第一台激光器以来,以激光技术为基础的激光武器在世界各国受到了广泛重视。激光技术还在战场上大量应用,如激光测距、激光通信、激光制导以及激光干扰与致盲等。其中激光致盲武器是现代战争中一种有效的光电对抗武器,其作用是使人眼和光电敏感器件致盲而丧失作战能力。
(1)激光致盲武器的工作原理
激光具有以下特点:一是方向性好,直线传播;二是亮度高;三是单色性好,因为它是由工作物质中众多原子或分子等所发频率基本相同的光集合而成,波长范围窄(因光的颜色是由光的波长决定的);四是相干性好。
人眼是一个光学系统,对激光有聚焦作用。如果拿激光直接照射人眼,将会破坏人眼的视网膜(激光损伤)而使人致盲。
(2)激光致盲武器的研究与发展现状
激光致盲武器已在美国、英国、俄罗斯以及西欧国家中得到发展,其中美国的激光致盲武器的研制与发展已相当成熟,种类多,功能全,最早曾在海湾战争中用于战场;英国皇家海军装备的激光致眩器在1982年的英阿马岛战争中使用,使阿根廷飞行员莫名其妙因惊慌失措和致盲而坠毁或偏离航向;俄罗斯的激光致盲武器已有样机装置,并在飞机、舰船和坦克等装甲车辆上开始了验证,美国飞行员曾多次受到俄罗斯的激光照射;瑞典的战斗机驾驶员和加拿大的直升机驾驶员也曾受到俄罗斯的激光照射而暂时致盲。
激光致盲武器除了对人眼造成伤害外,还会使光电敏感器件,如望远镜、潜望镜、瞄准镜、夜视仪、传感器和光学引信等致盲。
(3)激光致盲武器的防护
随着激光致盲武器的发展和不断完善及其在战场上的应用,未来的战场将是充满光电对抗的战场,各国军队都十分重视激光致盲武器的防护。
要实施有效的激光防护,可以有三种设计思路:一是在激光到达预定目标之前挡住它;二是利用战术手段和对抗措施;三是改变士兵和战斗部队的光学特征。
①挡住激光
能够实现挡住激光的方法有三种:吸收滤光片、干涉滤光片和能量限制器。
光密度是描述滤光镜对某一激光波长所能达到的保护程度,它是衡量某一厚度传输介质对光衰减或衰减程度的一种量度。其表达式为:OD=log(I0/I)(OD:光密度;I0:入射光能量;I:透射光能量)。
激光滤光镜要求光密度在4~18之间,激光从滤光镜的出射光强是入射光强的10-4~10-18。当然为使作战人员获得重要的视觉信息又不会使眼睛过度疲劳,可见光的总透过率应不低于80%。
吸收滤光片。迄今为止,应用于军事目的的大多数滤光片是吸收滤光片。吸收滤光片又有两种形式:一种是通过有色玻璃滤光;另一种是利用光学材料内的染料将光吸收。
有色玻璃只能防护可见光部分的激光(波长范围为400~760毫米);有色玻璃能够抗机械磨损、热冲击及抵御强光源的破坏,但有色玻璃在制造过程中难以控制光密度(主要取决于其厚度)。
染料掺杂型聚合物材料制成的塑料吸收型滤光片主要是在聚碳酸酯中浸渍有机染料,这种着色聚碳酸酯滤光片只能对付可见光和近红外光谱中极小的一部分。其优点是聚合物材料具有优良的抗冲击能力,可以减少眼睛受碎片伤害的概率。它通过改变有机染料的浓度从而使光密度发生变化。同有色玻璃相比,长时间的日晒使它的滤光性能降低,而且表面易受化学溶剂的侵蚀,也易划上刻痕。
干涉滤光片。它是利用光学涂层(由几十甚至上百层不同的电介质材料交替沉淀而成)来衰减激光,可以有选择地反射某一波长激光,而让在可见光区内的其他邻近波长大部分通过,因而干涉滤光镜的最大特点是将光反射掉而不是吸收;缺点是被反射的光的颜色随视角的变化而变化,如果激光打到滤光片表面的角度偏离垂直方向时,滤光片能够反射的激光波长也将发生变化。
能量限制器。能够作为能量限制器的材料主要是非线性光学材料,这是激光防护未来发展的方向。这种非线性光学材料可以是光变色型聚合物材料,或者是液晶型,或其他共轭型聚合物材料。
②战术手段和对抗措施
战术手段和对抗措施包括:用烟幕吸收和散射激光;利用黑色眼罩挡住激光;利用反激光导弹上装有的寻的头来探测、跟踪激光致盲武器激光源并予以摧毁;利用反激光后向反射镜把敌方激光束按原方向反射回去,以此来摧毁敌方激光装置;利用反激光武器来摧毁敌方激光源;利用激光探测器和告警器可以采取有源对抗措施,规避机动或直接攻击;对光电器件的光学系统实施抗激光加固措施也可以减少激光的伤害,如在光学窗口上涂敷一层光致变色材料,可以阻止强激光的进入。
③改变士兵的光学特征
采用间接观察的方式可以改变士兵的光学特征,即采用间接观察装置——电视系统、热成像仪或光电倍增管来观察,人眼不直接观察,伤害的只是光电装置中对光敏感的部件,这是保护高价值目标(飞机、坦克)中的人员的眼睛的一个主要方法。
2.防护展望
目前战场上不同兵种对激光防护采用不同的手段。对坦克和装甲车上的驾驶员或其他战斗人员来说,他们通过在光学通道上加装滤光镜、折光板,或在瞄准具上镀反射膜等手段,来保护光学仪器和人员。飞机驾驶员通常佩戴激光护目镜来防护激光。步兵使用的激光护目镜是一种充满染料的聚碳酸酯塑料护目镜。上述激光防护手段已在美军得到装备。但由于受材料和制造手段的限制,上述激光防护手段只能对某个波长的激光起防护作用,对变波长的低能激光武器还不能进行有效的防护。
随着激光在战场上的广泛应用,各国对激光的防护也更加重视,纷纷试图研制出对抗激光武器的新方法、新材料。在众多的激光防护手段中,非线性光学材料受到人们的青睐。因为未来的激光致盲武器将向着“波长灵活可调”的方向发展,而目前的大部分防护材料只能对某一波长的激光进行防护。非线性光学材料具有对激光快速的光开关特性,当激光照射时,材料分子的极性迅速发生变化而变得对光不透明;当激光脉冲消失时,材料又恢复到透明状态。
基于战场激光的威胁已经存在并将日益严重,激光致盲武器的变波长发展方向和目前的激光防护水平,开展非线性光学材料的激光防护效应的预先研究,对提高我军的激光防护水平,打赢高技术条件下的局部战争,都具有重要意义。
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