激光武器核心技术问题研究论文

【激光武器原理】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。【激光武器】是用高能的激光对远距离的目标进行精确射击或用于防御导弹等的武器，也称为战术高能激光武器。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。激光武器的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，且激光发射系统属精密光学系统，也受大气影响严重，如大气对能量的吸收、大气扰动引起的能量衰减、热晕效应、湍流以及光束抖动引起的衰减等。

一个激光武器系统一般由高能激光器、精密瞄准跟踪系统和控制发射系统等组成。 激光武器是多学科综合的高技术武器装备，研制的关键技术主要有：①高功率激光器技术；②高激光束质量技术；③快速、高精度的瞄准跟踪技术；④重量轻、机动性好的发射控制系统技术；⑤低成本耗能技术；⑥激光对各类目标材质的毁伤技术。解决好以上技术问题，是使激光武器成为实用化武器装备的关键。激光武器的另一项重要技术是反射镜技术。对于远程硬杀伤激光武器，都需要大直径的反射镜，用于传输和会聚高能激光束于攻击目标上。反射镜要求直径大、反射率高、面形好、有自适应调节能力。实用化的武器装备一般应具备的条件为：性能稳定性好、环境适应能力强、机动性好、使用耗费低、安全性高。 激光器是激光武器的核心组件，所以激光武器的性能主要由激光器的性能所决定。习惯上，激光武器主要按激光器的类别进行分类。激光器的种类很多，有固体激光器、气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器、化学激光器、染料激光器、光纤激光器、准分子激光器、色心激光器等。目前，能作为激光武器的激光器有：化学激光器、气体激光器、固体激光器等，在它们中也只有很少几种高功率类型的激光器可开发为激光武器。 化学激光器是利用工作物质的化学反应所释放的能量激励工作物质产生激光。可用作激光武器的化学激光器有：氟化氘激光器、氟化氢激光器和氧-碘激光器等。化学激光器具有激光武器所需要的许多特性：比能量高（可达500~1000J/g）；易制成高功率激光器（能制成数百万瓦或千万瓦功率的激光器）；光束质量好；不需要外电源等。特别是氟化氘激光器，输出波长为μm，大气传输特性好。化学激光器的主要缺点是要排放有害气体。 适用于作为激光武器的气体激光器主要有气动CO2激光器和电激励CO2激光器。CO2激光器的发射功率可达兆瓦级以上，波长位于大气窗口（μm），光束穿透性好。气动CO2激光器是利用气体动力学原理，通过燃烧压缩的CO2和O2产生高压CO2气体，使其绝热膨胀而产生激光。气动CO2激光器的输出功率高，但体积大，能量转换效率低，光束质量不高。另一种CO2气体激光器是电激励CO2激光器，它是对由CO2、N2、He、Xe和H2O等构成的混合气体进行放电激励输出激光。电激励CO2激光器具有输出功率高、能量转换效率高、结构简单、工艺成熟等优点。缺点是电源技术不完善，光束质量不高。 固体激光器制成的激光武器适用于作软杀伤武器，目前可实现的平均输出功率在千瓦级或万瓦级，可在10km内损坏光电探测设备、目标指示设备以及使人眼暂时致盲或永久致盲。固体激光器体积小、重量轻、性能稳定，适用于制成便携式、车载和机载等轻型战术激光武器。目前，采用板条状的Nd:YAG激光器可实施8km内的设备和人员的软杀伤。

中国的攻击激光雷达包含着世界最尖端的5大核心技术：1、激光材料研究的突破，2、激光辐射材料物理机理及成像图谱研究的突破3、一次性快速跟踪定位控制技术的突破4、高密度能量可逆转换载体材料的突破5、激光成像技术的突破。

激光发展史激光以全新的姿态问世已二十余年。然而，发明激光器的历程却鲜为人知，至于发明者如何从事艰难曲折的探索，就更少人问津了。其实，每一项重大发明，都是科学家们智慧的结晶，里面包涵着他们的汗水和心血。自然，激光器的发明也不例外。 说得准确些，对激光的研究，只是到了20世纪50年代末才出现一个崭新阶段。在此之前，人们只对无线电波和微波有较深研究。科学家们把无线电波波长缩短到十米以内，使得世界性的通讯成为可能，那是30年代的事情。后来，随着速调管和空穴磁控管的发明，科学家便对厘米波的性质进行研究。二次世界大战中，由于射频和光谱学的发展，辐射波和原子只间的联系又重新被强调。大战期间，科学家们发明并研制了雷达（战争对雷达的制造起了推动的作用）。从技术本身来说，雷达是电磁波向超短波、微波发展的产物。大战以后，科学家又开创了微波波谱学，目的是探索光谱的微波范围并把其推广到更短的波长。当时，哥仑比亚大学有一个由汤斯（）领导的辐射实验小组，他们一直从事电磁方面以及毫米辐射波的研究。1951年，汤斯提出了微波激射器（Maser全称Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的概念。经过几年的努力，1954年汤斯和他的助手高顿（J. Cordon）、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这为以后激光器的诞生奠定了基础。当时，汤斯希望微波激射器能产生波长为半毫米的微波，遗撼的是，激射器却输出波长为1。25cm的微波。微波激射器问世以后，科学家就希望能制造输出更短波长的激射器。汤斯认为可将微波推到红外区附近，甚至到可见光波段。1958年，肖洛（）与汤斯合作，率先发表了在可见光频段工作的激射器的设计方案和理论计算。这又将激光研究推上了一个新阶段。现在，人们都知道，产生激光要具备两个重要条件：一是粒子数反转；二是谐振腔。值得注意的是，自1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念以后，1940年前后就有人在研究气体放电实验中，观察到粒子反转现象。按当时的实验技术基础，就具备建立某种类型的激光器的条件。但为什么没能造出来呢？因为没有人，包括爱因斯坦本人没把受激辐射，粒子数反转，谐振腔联系在一起加以考虑。因而也把激光器的发明推迟了若干年。在研究激光器的过程中，应把引进谐振腔的功劳归于肖洛。肖洛长期从事光谱学研究。谐振腔的结构，就是从法——珀干涉仪那里得到启示的。正如肖洛自己所说：“我开始考虑光谐振器时，从两面彼此相向镜面的法——珀干涉仪结构着手研究，是很自然的。”实际上，干涉仪就是一种谐振器。肖洛在贝尔电话实验室的七年中，积累了大量数据，于1958年提出了有关激光的设想。几乎同时，许多实验室开始研究激光器的可能材料和方法，用固体作为工作物质的激光器的研究工作始于1958年。如肖洛所述：“我完全彻底地受到灌输，使我相信，可以在气体中做的任何事情，在固体中同样可以做，且在固体中做得更好些。因此，我开始探索、寻找固体激光器的材料…...”的确，不到一年，在1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上，肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质。不久，肖洛又具体地描述了激光器的结构：“固体微波激射器的结构较为简单，实质上，它有一棒（红宝石），它的一端可作全反射，另一端几乎全反射，侧面作光抽运。”遗撼的是，肖洛没有得到足够的光能量使粒子数反转，因而没获成功。可喜的是，科学家迈曼（）巧妙地利用氙灯作光抽运，从而获得粒子数反转。于是，1960年6月，在Rochester大学，召开了一个有关光的相干性的会议，会议上，迈曼成功地操作了一台激光器。7月份，迈曼用红宝石制成的激光器被公布于众。至此，世界上第一台激光器宣告诞生。激光具有单色性，相干性等一系列极好的特性。从诞生那天开始，人们就预言了它的美好前景。20多年来，人们制造了输出各种不同波长的激光器，甚至是可调激光器。大功率激光器的研制成功，又开拓了新的领域。1977年出现的自由电子激光器，机制则完全不同，它的工作物质是具有极高能量的自由电子，人们可以期望通过这种激光器，实现连续大功率输出，而且覆盖频率范围可向长短两个方向发展。现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 能发1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年.肖洛和.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（ 见光学谐振腔）3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用；④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电（直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入）方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励，某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器，反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器，如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器，对这类激光器而言，工作物质的激励和相应的激光发射，从时间上来说均是一个单次脉冲过程，一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器，均采用此方式运转，此时器件的热效应可以忽略，故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器，这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲，为此，器件可相应以重复脉冲的方式激励，或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器，其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态)，待粒子数积累到足够高的程度后，突然瞬时打开 开关，从而可在较短的时间内（例如10～10秒）形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出（见技术'" class=link>激光调 技术）。⑤锁模激光器，这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器，其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系，因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲（脉宽10～10秒）序列，若进一步采用特殊的快速光开关技术，还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲（见激光锁模技术）。⑥单模和稳频激光器，单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器，稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件，在某些情况下，还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件（见激光稳频技术）。⑦可调谐激光器，在一般情况下，激光器的输出波长是固定不变的，但采用特殊的调谐技术后，使得某些激光器的输出激光波长，可在一定的范围内连续可控地发生变化，这一类激光器称为可调谐激光器（见激光调谐技术）。 按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同，可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器，输出波长范围处于25～1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器，指输出激光波长处于中红外区(～25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(微米)、 CO分子气体激光器（5～6微米）。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区（～微米）的激光器件，代表者为掺钕固体激光器（微米）、CaAs半导体二极管激光器(约 微米)和某些气体激光器等。④可见激光器，指输出激光波长处于可见光谱区（4000～7000埃或～微米）的一类激光器件，代表者为红宝石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氩离子激光器（4880埃、5145埃）、氪离子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器，其输出激光波长范围处于近紫外光谱区（2000～4000埃），代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50～2000埃）代表者为（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)准分子激光器（1730埃）等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区（～50埃）的激光器系统，目前软X 射线已研制成功，但仍处于探索阶段[编辑本段]激光器的发明 激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至X射线和γ射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。 激光器的诞生史大致可以分为几个阶段，其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大；如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。 然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”，对于激光器到底能否研制成功，在当时还是很渺茫的。 但科学家的努力终究有了结果。1954年，前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器，成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。 汤斯等人研制的微波激射器只产生了厘米波长的微波，功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。1958年，汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键性建议，并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期，巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。 此后，世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛，看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。 1960年，美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。 “梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑，因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。 尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家，但在法庭上，关于到底是谁发明了这项技术的争论，曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时，微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决，汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。 1960年12月，出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年，有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年，科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻200个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果；在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。 今后，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本将进一步降低，但是它的应用范围却还将继续扩大，并将发挥出越来越巨大的作用。

激光和普通的光可大不一样，它具有高度的方向性和单色性，我们可以通过光学手段使有限的激光能量在时间上和空间上高度集中，从而使激光具有极高的亮度，这样它也就保持了极高的能量。例如，一个小功率的氦—氖气体激光器，发出的激光亮度可以是太阳光的100倍；而Q开关红宝石激光器发出的激光亮度比太阳光要高出几亿倍！正是由于激光的这种特性，使它的能量大得惊人。从激光武器里射出的激光束，一照到物体上，就连坦克都能顿时被烧穿。

不清楚，某些东西也得保密吧！

一、定向能武器的基本原理及现状 随着激光、新材料、微电子、声光、电光等高技术的发展，衍生出一门利用各种束能产生的强大杀伤威力的“束能武器”，即人们通常所说的定向能武器。它是利用激光束、粒子束、微波束、等离子束、声波束的能量，产生高温、电离、辐射、声波等综合效应，采取束的形式，而不是面的形式向一定方向发射，用以摧毁或损伤目标的武器系统。 定向能武器，依其被发射能量的载体不同，可以分为激光武器、粒子束武器、微波武器。无论能量载体性质有什么不同，作为武器系统其共同的特点是：首先，束能传播速度可接近光束，这种武器系统，一旦发射即可命中，无需等待时间；其次，能量集中而且高，如高能激光束的输出功率可达到几百至几千千瓦，击中目标后使其破坏、烧毁或熔化；另外，由于发射的是激光束或粒子束，它们被聚集得非常细，来得又很突然，所以对方难以发现射束来自何处，对方来不及进行机动、回避或对抗。 1。战术激光武器(TLW) 战术激光武器主要由高能激光器，精密瞄准跟踪系统和光速控制发射系统等组成。 (1)高能激光器是激光武器的核心，是产生杀伤破坏作用的关键部分。在选择和研制激光武器时，应考虑的主要因素有：①尽可能高的发射功率；②有高的能量转换效率；③激光波长应位于大气窗口(指大气对该波长的能量吸收极少)；④光束发散小；⑤质量轻、体积小。迄今研制的高能激光器主要有固体激光器、CO2激光器、化学激光器。 (2)瞄准跟踪系统。对于任何武器系统来说，目标探测、捕获和跟踪都是首要任务。激光武器对瞄准跟踪系统的要求则更高。由于激光武器是用激光束直接击中目标造成破坏的，所以激光束不仅应直接命中目标，而且还要在目标上停留一段时间，以便积累足够的能量，使目标破坏。为了使激光束精确命中目标和稳定地跟踪目标，瞄准精度要求达到2×10u7(°)，跟踪精度要求高于1mrad。激光武器所要求的这种跟瞄精度是当前微波雷达无法达到的。必须发展红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等光学精密跟踪。目前，激光雷达是国外重点发展的跟踪系统。 (3)光束控制发射系统。光束控制发射系统，亦称发射望远镜。由激光器发出的光束经光束控制发射系统而射向目标。发射望远镜的主要部件是一块大型反射镜，它起着将光束聚集到目标上的作用。反射镜的直径越大，射出的光束发散角越小，即聚焦得越好。但反射镜的直径愈大，不仅加工工艺复杂，而且造价高昂。 激光武器可分为反卫星、反天基激光武器及反战略导弹等的战略激光武器和用于毁伤光电传感器(包括人眼)、飞机及战术导弹等的战术激光武器。供陆军野战部队使用的主要是战术激光武器。战术激光武器的工作原理，以反导弹的防空激光武器系统为例，说明其工作原理，首先由远程预警雷达捕获目标，并将目标信息传送给指挥控制系统，指挥控制系统通过目标分配与坐标变换，引导精密瞄准跟踪系统捕获并锁定目标，精密瞄准跟踪系统再引导光束发射系统使发射望远镜对准目标。当目标处于适当位置时，指挥控制系统发出攻击命令，启动激光器，由激光器发出的光束，经控制发射系统射向目标，并对其进行破坏。 目前，激光致盲武器已经在90年代战场上投入使用，如美国陆军研制的“缸鱼”式激光致盲器，在海湾战争中投入使用。大功率的战术激光武器目前仍处于实验研究阶段。如美国在海湾战争之后开展了一项称之为“沙漠闪光”的研究计划，对用激光武器对付“飞毛腿”导弹进行评估和研究。待选的激光器有3种：氟化氚／氟化氢激光器、化学氧碘激光器和自由电子激光器。至于机载武器的研究，美国战略防御计划局目前正在开展一项有关激光束水平射向“飞毛腿”导弹类目标时大气湍流对传输的影响的研究。另一项研究由劳伦兹·利弗莫尔负责进行，将从高空无人驾驶飞机上直接发射激光光束，以避免大气湍流对激光传输的影响。据悉，这两项研究有可能导致90年代末进行全面的机载激光器方案的论证。由于大气对激光会产生吸收、散射和湍流效应。大气中的分子和气溶胶(尘埃、烟雾、水滴等质点)使激光束的能量发生衰减，大气湍流会使激光束发生扩展、漂移、抖动和闭烁效应，使激光能量损耗，偏离目标，对于强激光，由于大气吸收了激光束的能量，导致光路加热，从而改变了大气的折射率分布。这种大气体的激光的“热晕”效应，会使激光束发生漂移、扩展、畸变或弯曲。大气传输的另一种效应是大气击穿，也就是使大气发生电离。当大气被击穿而产生等离子体时，会严重吸收或阻碍激光束的传输，影响其杀伤破坏威力。预计，战术激光武器用于对付地面装甲目标，用于防空击毁低空飞机、拦截或击毁战术导弹在近期内尚不可能，真正进入实战应用，估计要到21世纪30年代。 2．粒子束武器 粒子束武器是用高能强流加速器将粒子源产生的电子、质子和离子加速到接近光束，并用磁场把它聚集成密集的束流，直接或去掉电荷后射向目标，靠束流的动能或其它效应使目标失效。除了粒子加速器外，粒子束武器还包括能源、目标识别与跟踪、粒子束瞄准定位和指挥与控制等系统。其中粒子加速器是粒子束武器系统的核心，用于产生高能粒子束。 为了对付加固目标，要把被加速粒子的能量提高到100MeV，甚至要提高到200MeV，并要求能源在600S内连续提供100MW的功率，最大流强10KA，脉冲宽高70ns。平均每秒产生5个脉冲。粒子束武器对目标的破坏能力比激光武器更强。其主要特点是：穿透力强、能量集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。根据其使用特点，粒子束武器分为两大类：一类是在大气中使用的带电粒子束武器，它可以实施直接击穿目标的“硬”杀伤，也可以实施局部失效的装备发展“软”杀伤；另一类是在外层空间使用的中性粒子束武器，主要用于拦截助推段导弹，也可以拦截中段或再入段目标。目前对前一类粒子束武器的研究只局限于作为点防御的近程武器系统范围内，进入实战应用，预计要到21世纪二、三十年代。 粒子束武器的主要缺点是：其一是带电粒子在大气层内传输能量损失较大；其二是由于束流扩散，使得在空气中使用的粒子束，只能打击近距离目标；其三是地磁场影响而使束流弯曲。因此，这种武器距离实战应用还需相当长时间。目前发达国家主要进行基础研究，并且立足于空间防御系统，可否作为战术武器应用，目前还难以预测。 3．微波武器微波武器是一种采用强微波发射机、高增益天线以及其它配套设备，使发射出来的强大的微波束会聚在窄波束内，以强大的能量杀伤、破坏目标的定向能武器，其辐射的微波波束能量，要比雷达大几个数量级。 微波武器可用于杀伤人员，就其杀伤机理而言，有“非热效应”与“热效应”两种”。“非热效应”是利用3～13毫瓦／厘米2的弱波能量照射人体，以引起人员烦躁、头痛、神经紊乱、记忆力衰退等。这种效应如果用到战场上时，可使各种武器系统的操作人员产生上述心理变态，导致武器系统的操作失灵。而“热效应”则是利用强微波幅射照射人体，能量密度为20瓦／厘米2，照射时间为1～2秒，通过瞬时产生的高温高热，造成人员的死亡。微波束另一个特点是，它可以穿过缝隙、玻璃或纤维进入坦克装甲车辆内部，烧伤车辆内的乘员。 微波武器还可以使现代化武器系统中的电子设备及元器件失效或损坏。例如，用0�01～1微瓦／厘米2的弱微波能量，就可以干扰相应频段的雷达和通信设备的正常工作。10～100瓦／厘米2的强微波辐射形成的瞬变电磁场，可使金属目标表面产生的感应电流与电荷，通过天线、导线和各种开口或缝隙，进入坦克装甲车辆、导弹、飞机、卫星等武器内部，破坏各种敏感元件如传感器、电子元器件等，使武器系统失去其效能。微波武器的能量达到1000～10000瓦／厘米2的超强微波能量，可在很短时间内使目标因受高热而导致破坏，甚至能够引爆武器中的炸药等，使武器被毁坏。微波武器与激光束、粒子束武器相比作用距离更远，受天气影响更小，从而使对方相应对抗措施更加复杂化。 目前战术微波武器，例如车载战术性的微波武器的研究进展较快，可望在下世纪初装备部队。此外，目前美国已研制能在微波波段产生千兆瓦脉冲功率的实验型微波发射管，并希望最终脉冲功率达到100千兆瓦。 微波武器目前存在的问题：一是对有核防护设施的目标无效。许多国家的军用电子系统装有防原子破坏设备，并开始制定了有关军用电子设计标准。这些设备对微波武器也有同样的防范作用，其原因是金属板可保护电子设备不受微波热效应的影响；二是使用中对友邻部队可能构成威胁。为了发挥微波武器的作用，其功率必须很大，这样就可能对在一定范围内的友邻部队的电子系统构成巨大威胁。为防止这一点，就必须采用高度定向的天线或利用地面屏蔽物；三是微波武器可能遭受反辐射导弹(ARM)的攻击。ARM是一种寻的无线电和雷达信号的导弹。不言而喻，由于微波武器能发射出功率很大的电磁波，因此，ARM被看作是微波武器的天敌，但目前对这一问题，国际上有学者持不同看法。其理由是，一是认为微波武器功率很高，因此可能事先引爆来犯导弹；二是微波武器可能会影响ARM制导系统中的微电子线路，从而破坏ARM对其的跟踪而偏离航向。 二、定向能武器未来的研究和发展趋势 包括激光武器、粒子束武器、微波武器在内的定向能武器。目前分别处于预研、研制以及基本技术和原理方案的探讨阶段，估计将在下个世纪初叶陆续投入战场，并对未来战场的局势产生深远的影响。定向能武器未来的发展趋势是： 1．激光武器的未来研究和发展趋势 (1)发展新型的精密瞄准跟踪系统。激光武器对目标的瞄准、跟踪精度非常高，否则不能够精确击中目标，目前研制的微波雷达是无法满足要求的。国际上目前正在开展红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等装备发展光学跟踪技术的研究，重点放在激光雷达跟踪系统的研究。 (2)开展制造大型反射镜的新型材料和新型加工工艺的研究。激光武器反射镜越大，发出的光束的发散角越小，聚焦性能好。而反射镜的直径超过1m,不仅加工复杂，造价极高，而且体积、重量增大后，主镜的定向器的转动惯量加大，不能满足对目标的跟踪速度和对付多目标的能力。为此，美国等西方国家下一步开展制造反射镜材料及新型加工工艺的研究。如美国拟采用石墨纤维复合材料作基底的反射镜，镜面镀硅并抛光，其热膨胀系数接近于零。反射镜拟采用多块镜面拼装而成，放宽了加工要求。这一工艺的突破，将有可能使反射镜的造价降低，轻便性和热稳定性能都会有所改进。 (3)积极开展强激光在大气中传输所出现的大气湍流和“热晕”的研究。目前对于激光在大气中传输，对于湍流和“热晕”的效应所造成的有害影响，正在探索和研究之中，对于大气击穿的“热晕”效应，有人提出先用低强度高重复频率的先行光束来驱除光路上的气溶胶粒子，然后发射强激光，还有人拟采用自适应光学来抵消湍流和“热晕”效应。这些方法都是正在和将要研究的课题。 2．粒子束武器的未来研究和发展趋势 (1)加强基础研究。对于粒子束武器的基础研究，首先在研究产生粒子的加速器。目前，产生粒子束的主要方法是利用线性感应加速器(LIA)。但是，由于这种加速器太笨重，因此无法投入战场使用。目前正在加紧研制体积小的LIA，其方法是以一个线性LIA为中心，然后象卷饼一样向上盘绕，以便让粒子束可以在现有的小型LIA中环流。美国陆军弹道研究试验室称，目前尚需进一步证实小型环流LIA的原理。其工作原理是：通过同一加速器，连续再循环脉动的粒子束，以便把能量逐渐加到每次通过的粒子束上。这种小型加速器能否投入陆军战场使用，尺寸和重量是关键因素。 (2)重视高能转换技术的研究。重视能量转换技术的研究，以便形成高速粒子脉冲。目前，美国空军研究机构称，传统的可控硅开关和火花放电开关的研究已经完成，下一步将开展磁性开关研究。这种开关是基于饱和的电磁感应原理，具有很高的重复率。 3．微波武器未来的研究和发展趋势微波武器未来的基本理论和基本技术方面的研究与发展范围很宽。其未来的研究与发展的重点是： (1)重视中功率微波武器的研究。所谓中功率微波武器是其功率低于大功率微波武器，而高于现行干扰机。专家预测，对中功率微波，只要有合适的高脉冲重复率、频带宽度和脉冲形状，就会得到比现有干扰机高得多的损伤效应。电子干扰机只起到迷惑、欺无线电和雷达的操作手使其无法正常工作的作用，而中功率微波武器的作用是影响电子设备本身，从而使操作人员无法工作。在21世纪初叶，这种中功率微波武器将可能研制成功，以取代现使用的电子干扰机。 (2)重视解决微波武器的使用对友邻系统的影响的研究。美国空军目前正在研究一种性能优良的防护微波武器的装置，以克服在未来战场上使用微波武器时，不致影响对友邻部队设备的使用。 (3)海军用舰载微波武器有可能首先投入使用。由于各军种对微波武器都有特殊的要求。美国陆军提出的战术微波武器应能够安装到大型履带上，不仅其体积要小，而且要把定向性极高的天线装在直立的桅杆上，以利于最佳瞄准。空军则要求这种武器体积要小，功率低并采用专用天线。海军用舰载微波武器则具有功率高、天线大和作用距离远等特点。据分析，在三军中，由于海军对微波武器在重量、空间和功率方面提出的限制条件较少。因此，海军型微波武器有可能在未来10～20年内首先投入使用。