激光武器原理及应用分析.doc

激光武器原理及应用分析摘要激光武器在现代战争中发挥越来越重要的作用本文论述了现阶段激光武器 应用原理、毁伤机理、特点及分类对激光武器的发展现状进行了介绍和讨论， 并对其未来发展趋势和重要作用进行了展望着重介绍以美国为主的国家在激光 武器技术方面进行的研究和进展关键词：激光；武器；应用AbstractLaser weapons are playing a more and more important role in modern warfare.The paper discusses the application of the principle ,damage mechanism, characteristics and classification of the present laser weapon .The status of the development of laser weapons are introduced and discussed, meanwhile the future trends and the important role of the laser weapons are prospected . Focuses on the research and progress of laser weapons technology in the United States-based nations .Keywords: Laser; Weapon; Application引言激光武器是一种定向能武器，它利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或 使之失效。

用高能量，大功率的激光束代替常规子弹攻击目标物体，是由于激光 武器具有：（1）高速度，激光以光速进行传输，从激光器出口到目标的时间可以 不计，争取了作战时间2）反应灵敏，激光器射出的光束质量近于零，可在短 时间内对不同方向的来袭目标进行打击3）命中精度高，激光武器是将能量汇 聚成很细的光束准确的对准某一方向射出4）杀伤力可控，可通过调整和控制 激光武器发射激光束的时间或功率以及射击距离来对不同目标分别实现非杀伤 性警告，功能性损失，结构性破坏.（5）抗电子干扰能力强，激光武器射出的是激 光束，现有的电子干扰手段对其不起作用基于这众多优势，激光武器将在反导， 反卫星和破坏敌方信息系统中得到广泛应用1激光武器分析激光武器(Laser Weapon)是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武 器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发 挥独特作用1.1应用原理激光击毁目标有两个方面：一是穿孔，二是层裂所谓穿孔，就是高功率密 度的激光束使靶材表面急剧熔化，进而汽化蒸发，汽化物质向外喷射，反冲力形 成冲击波，在靶材上穿一个孔所谓层裂，就是靶材表面吸收激光能量后，原子 被电离，形成等离体“云”。

云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播应力波的 反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏除此以外，等离子体'云”还能辐射紫外 线或X光，破坏目标结构和电子元件1.2毁伤机理激光武器之所以有如此巨大的杀伤力，主要在于它的高能量和高功率一般 通过以下三步对目标物体实行毁灭性的破坏第一：热作用破坏，只要激光功率 足够高，被激光照射的目标物体局部会瞬间汽化，当持续汽化很强烈时，材料蒸 汽高速喷出，同时将部分凝聚态颗粒或液滴一起冲刷出来，从而造成凹陷甚至穿 孔第二：力学破坏，蒸汽高速喷出时，对目标物体会产生强大的反冲作用，这 使得在目标物体内部形成激波，激波传到目标物体的背面，产生强大的反射外 表面的激光与背面的激光对目标物体形成前后夹击，使目标物体变形破裂所以 即使没被烧蚀摧毁，也会因为受力学破坏而严重影响其技术性能第三：辐射破 坏：当激光照射到目标物体表面时，被汽化的物质会被电离成等离子体云，等离 子体云辐射出紫外线和X射线，对目标物体造成损伤1.3特点分析激光武器是一种定向能武器，利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或 使之失效它是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、 卫星和人员等目标的高技术新概念武器。

强激光武器有着其它武器无可比拟的优 点，强激光武器具有速度快、精度高、拦截距离远、火力转移迅速、不受外界电 磁波干扰、持续战斗力强等优点美、俄、英、德、法、以色列等许多西方国家 都在积极发展强激光武器激光武器经过三十多年的研究，已经日趋成熟并将在 今后战场上发挥越来越重要的作用高度集束的激光，能量也非常集中举例说，在日常生活中我们认为太阳是 非常亮的，但一台巨脉冲红宝石激光器发出的激光却比太阳还亮200亿倍当然， 激光比太阳还亮，并不是因为它的总能量比太阳还大，而是由于它的能量非常集 中例如，红宝石激光器发出的激光射束，能穿透一张3厘米厚的钢板，但总能 量却不足以煮熟一个鸡蛋激光作为武器，有很多独特的优点首先，它可以用光速飞行，每秒30万 公里，任何武器都没有这样高的速度它一旦瞄准，几乎不要什么时间就立刻击 中目标，用不着考虑提前量另外，它可以在极小的面积上、在极短的时间里集 中超过核武器100万倍的能量，还能很灵活地改变方向，没有任何放射性污染激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优 点，但也存在易受天气和环境影响等弱点激光武器主要指高功率强激光武器， 它是一种利用激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使之失效的定向能武器。

按 搭载的载体不同，激光武器可分为：舰载式、车载式、机载式、地基式、星载式 （天基）激光武器系统激光武器作用的面积很小，但破坏在目标的关键部位上，可造成目标的毁灭 性破坏这和惊天动地的核武器相比，完全是两种风格战术激光武器的突出优点是反应时间短，可拦击突然发现的低空目标用激 光拦击多目标时，能迅速变换射击对象，灵活地对付多个目标激光武器的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，而且激光发 射系统属精密光学系统，在战场上的生存能力有待考验陆军的快速发射高炮的炮管寿命短，连续发射几分钟后就要更换，而激光武 器不存在多次发射的寿命问题可以预计，未来在弹炮结合防空武器系统的基础 上，将出现将新型防空导弹、高炮和激光武器三结合的对空防御系统其中，激 光武器主要拦截从低空、超低空突然来袭的近距离目标，这有可能大大提高对精 确武器的拦截溉率，解决当前存在的极近程防空问题，并可用于保卫重要目标， 如重要机构、指挥中心、通讯和动力中枢等研制的激光武器的体积一般较大，重 量较重，所以各国首先考虑舰载应用1.4分类激光武器经过不断的开发和研究，目前已有了重大的进展，低功率激光武器 已经开始装备部队，高功率激光武器也日渐成熟。

按不同分类方法可将激光武器 分为不同类型，从作战性能上可分为低能激光武器和高能激光武器；按激光生成 方法可以分为化学激光器、固体激光器、液体激光器和自由电子激光器等，其中 激光器是激光武器的关键技术部分2激光武器的现状分析本文按激光生成方法的分类并以美国的激光武器为例对激光武器的现状进 行分析2.1化学激光器利用工作物质的的化学反应所释放的能量激励工作物质产生激光，例如以氟 化氮作为氧化剂使得乙烯燃料在燃烧室内发生燃烧，在燃烧室的下游，氘氦混合 气体被注入燃烧后的尾气中，产生自由的DF分子，这些分子在激光器的谐振腔 内受激发后，产生激光目前常见的化学激光武器有氧一碘激光器，氟化氢激光 器，氟化氘激光器等其中氧碘化学激光器首先被美国用于ABL计划（机载激光器计划），试图 采用氧一碘激光器在12千米高空摧毁320千米正在进行助推飞行的有敌意的导 弹在发展ABL项目的同时，1977年美国空军发明了新的氧碘（COIL）化学激 光器，它的能量转化效率达到20%作用，后来继续发展用于现在空基激光器 （ABL，现已经改名为ALTB）氧碘激光器具有更大的功率，在体积、功率、重量和可靠性上形成了一个平 衡。

但是臨为止，化学激光器^有的缺点就是需要耗用大量的化学燃料这使 得体积庞大，且排放的尾气对环境会造成污染甚至伤及自身2.2自由电子激光器自由电子激光器(FEL)利用自由电子的受激辐射，把电子束的能量转换为激 光具体实现是电子从原子脱离后，通过线性加速器加速到高能态，这些高能态 电子被导入到摆动器，迫使它们以光子的形式释放出能量，当光子进入谐振腔后， 光子在谐振腔两端的反射镜之间来回运动，并激发出更多相同频率的光子，最后 形成一簇连续的光束发射出去上个世纪80年代星球大战计划就是使用大功率陆基自由电子激光器进行 防御，但由于成本技术和战略转向等原因取消，但仍为美国自由电子激光器的发 展打下了基础美国海军研究实验室(ONR)从1996年开始自由电子激光器的研 制，2004年激光器功率已经到了 10KW, 2007年达到25KW2009年根据报 道，美国海军研究实验室分别和波音与雷锡恩公司签订合同，提供100千瓦级 自由电子激光器的初步设计另据美国《导弹防御内情》报道，美海军研究实验室(ONR)定向能项目负责 人Quentin Saulter称，自由电子激光器(FEL)将可能在2020年前部署成为舰船防 御敌方导弹的武器，并最终将安装在例如DD(X)等下一代驱逐舰以及CVN—21等 级的航空母舰上。

该激光器最近被放置在美国能源部“托马斯国家加速器”实验设施中，它由 ONR定向能计划负责提供资金，但是研究成果同样可供陆军、空军、工业界以及 研究学术界使用该激光器的灵活性和波长范围是它优于其他类型激光武器的主要原因Saulter称，FEL提供的强光束，能够被调谐到一个特定的波长，并且比从常规激 光器得到的光束功率更高，FEL能被调谐到不同波长的能力使它成为舰船防御的 更合理的激光器类型一一因为它的光束不受大气干扰，而在海面上这种干扰非常 严重他们的研究表明弦在近海作战中，热晕限制了高能激光束的大气传输，因 此，也就限制了激光武器的效能而传统的DF化学激光器的波长对于沿海的环 境并不是最佳的，使得至少60%发射功率在攻击过程中被大气散射图2自由电子激光器主要结构和工乍原理的示意图《导弹防御内情》的报道称，经过20多年的发展，美国海军已经已建成了 兆瓦级的DF化学激光器(MIRACL)和海石束定向器(SLBD),目前它们是构成位 于新墨西哥州的白沙导弹靶场的“高能激光系统试验装置”的主要武器之一，一 直用于试验和验证几种激光武器概念随着近年来作战环境发生了巨大变化，美国海军也开始了它的作战转移， 即从远洋作战转变为沿海作战，作战形式也由进攻型海战转变为舰只自卫，因而, 应对日益严重的巡航导弹威胁成为海军高能激光武器计划的主要目标。

作为海上 应用的激光器，克服海洋环境引起的传输效应是至关重要的美国海军多年来一 直努力开发大功率定向能技术，但由于化学激光器的工作波长，使其发射的激光 在到达目标之前容易被大气吸收，因此不得不放弃了大功率化学激光武器的开 发，但对利用激光器保护舰船对付巡航导弹的研究资助一直没有放弃FEL的出 现被美国海军相关机构认为是一个更好的替代品2005年6月，FEL获得了 25 千瓦的红外激光，并成为世界上同类激光器中功率最高的激光器海军研究后方管理者Jay Cohen在2005年5月的一次工业界会议上称，“我 们将在接下来的5年里达到100千瓦，这是实现杀伤所需的最低功率尽管自由电子激光器同时还具有高效率，高功率，激光质量好等优点但是 由于其体积巨大，高功率的反射镜制作困难，且需要可供应大量电力的供电系统, 目前仍得不到广泛应用2.3固体激光器固体激光器就是用固体激光材料作为工作物质，一般采用光学透明的晶。