激光器的军事应用
Ｆｅｂ．２００６
光机电信息
大功率半导体激光器的军事应用
曲
宙１，２
刘
洋２
刘
博３
（１．解放军信息工程大学理学院，河南，郑州４５０００２；
２．中科院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；
３．长春工业大学，吉林长春１３００１２）
【摘要】阐述了大功率半导体激光器的研究进展情况，简要介绍了大功率半导体激光器在激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、激光测距、激光通信光源、激光模拟武器和激光瞄准告警等军事领域的应用。关
键
词：半导体激光器；激光雷达；激光测距；
激光引信；
激光通信；
军事应用
中图分类号：ＴＮ２４８．４
ＨｉｇｈＰｏｗｅｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＭｉｌｉｔａｒｙ
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（１．ＴｈｅＳｃｉｅｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰＬＡＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；
３．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｊｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｌａｔｅｓｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｔｓｍｉｌｉｔａｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｌａｓｅｒｇｕｉｄｉｎｇｔｒａｃｋｉｎｇ，ｌａｓｅｒｒａｄａｒ，ｌａｓｅｒｆｕｚｅ，ｌａｓｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｌａｓｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅａｐｏｎ，ｌａｓｅｒａｉｍｉｎｇ，ｅｔｃ．ａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ；ｌａｓｅｒｒａｄａｒ；ｌａｓｅｒｒａｎｇｅｆｉｎｄｉｎｇ；ｌａｓｅｒｆｕｚｅ；ｌａｓｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｍｉｌｉｔａｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
１引言
随着激光技术的日趋成熟和应用领域的不断拓展，半导体激光器的应用范围已经覆盖了光电子学的诸多领域，成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器具有结构简单、体积小、寿命较长、
易于调制及价格低廉等优点，广泛应用于军事领域，如激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、激光测距、
激光通信电源、激光模拟武器、激光瞄准告警、激光通信和激光陀螺等。目前，世界上的发达国家都非常重视大功率半导体激光器的研制及其在军事上的应用。近年来，高功率半导体激光器阵列器件也
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得到了飞速发展，已推出的产品有连续输出功率为
５￣３０Ｗ的激光器阵列，脉冲激光器和阵列也已经商
品化［１￣３］。
２半导体激光制导跟踪
激光制导跟踪在军事上具有十分广泛的应用。激光制导的方法之一是驾束制导，又称激光波束制导。从制导站的激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束，且光束中心线对准目标；在波束中飞行的导弹，当其位置偏离波束中心时，装在导弹尾部的激光接收器探测到激光信号，经信息处理后，弹上解算装置计算出弹体偏离中心线的大小和方向，形成控制信号；再通过自动驾驶仪操纵导弹相应的机构，使其沿着波束中心飞行，直至摧毁目标为止。激光驾束制导可用于地－空、空－空、地－地导弹等多种类型的导弹制导。瑞典ＲＢＳ－
７０地－空导弹是第１个激光驾束制导的导弹，它用２０～３０个ＧａＡｓ激光器组成面阵，波长为９８０ｎｍ，
重复频率为２４～２８ｋＨｚ，脉宽为１５０～２５０ｎｓ，脉冲功率为６Ｗ，导弹射程为６．５ｋｍ，射高为４．５ｋｍ。
另一种激光制导方法是光纤制导。通过一根放出的光纤把传感器的信息传送到导弹控制器，观察所显示的图像并通过同一光纤往回发送控制指令，以达到控制操纵导弹的目的。最近，美国陆军航空与导弹司令部正在研制射程为１５ｋｍ的增强型光纤制导导弹和可在１００ｋｍ以上远距离实施精确打击的远程光纤制导导弹［４］。
３半导体激光雷达
与ＣＯ２激光雷达相比，半导体激光列阵的激光雷达体积小、结构简单、波长短、精度高、具有多种成像功能及实时图像处理功能，包括各种成像的综合、图像跟踪和目标的自动识别等。可用于监测目标，测量大气水气、云层、空气污染；还可用作飞机防撞雷达，机载切变风探测相干光雷达，对来袭目标精确定位以及对直升飞机和巡航导弹的地形跟踪等。半导
体激光雷达主要是波长８２０～８５０ｎｍ的ＬＤ及列阵［５］，例如１９９２年美国休斯公司研制出的高分辨率三位多频谱半导体激光成像雷达，它能对飞行下方的
景物进行实时高分辨率三维成像。激光器是一个平均功率为２Ｗ的低温制冷ＧａＡｓ激光器，波长为
８５０ｎｍ
［６］
。
４半导体激光引信
半导体激光引信是一种光学引信，属主动式近炸引信的技术范畴。激光引信通过激光对目标进行探测，对激光回波信息进行处理和计算，判断出目标，计算出炸点，在最佳位置适时引爆。炸弹一旦未捕获或丢失目标以及引信失灵后，自炸机构可以引爆弹丸自毁［７］。半导体激光引信是激光探测技术在武器系统中最成功的应用。例如，美国麦道公司有一种激光引信采用ＧａＡｓ窄光束大功率激光器，光功率为
５Ｗ，脉宽１０ｎｓ。进入２０世纪９０年代，激光引信已
在美国、俄罗斯、英国、以色列、巴西、南非等国家的第４代空－空导弹中广泛采用［８］。
５半导体激光测距
测距仪采用半导体激光器作光源具有隐蔽性，略加改进，还可测量车辆之间的距离并进行数字显示，在低于所需安全系数时发出警报。例如，瑞士于
１９９１年开发了一种人眼安全的ＧａＡｓ测距仪，波长
为８０８ｎｍ，重复频率为２９ｋＨｚ，峰值光功率为７．６４Ｗ，可测量距离达４ｋｍ，精度可达几厘米。美国轻型反坦克武器激光测距机采用ＧａＡｓ激光器，输出功率
４０Ｗ，脉宽７０ｎｓ，发射角１０ｍｒａｄ，重复频率５．７ｋＨｚ，
测距大于５００ｍ［９］。美国国际激光系统公司的ＧＲＳ００型激光测距机，采用ＧａＡｓ激光器，脉宽４０ｎｓ，发射角５ｍｒａｄ，测距３２３０ｍ，重量１０ｋｇ。
半导体激光夜视仪和激光夜视监测仪也得到重要应用。利用半导体激光器列阵主动式夜视仪的光源具有隐蔽性，列阵功率高的特点，可提高监测距离至１ｋｍ，如配上扫描和图像显示装置，则可成为激
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光夜视监测仪。用其对目标进行监测时，目标的活动情况可适时通过光缆传送到指挥所。选择较长的合适波长，可成为全天候监测仪。
６半导体激光通信光源
半导体激光器是一种理想光源，具有抗干扰、保密性好等优点。激光对潜通信光源蓝绿光是海水的通信窗口（４６０～５４０ｎｍ），穿透深度约３００ｆｔ，潜艇可用蓝绿光和卫星或航空母舰进行通信联络。倍频半导体高功率激光器列阵（波长在９２０～１０８０ｎｍ）就是一种这样的光源。
７半导体激光武器模拟
激光模拟主要是以半导体激光为基础发展起来的新型军训和演习技术。通过调节激光射束、周期和范围以达到模拟任何武器特征的目的。武器模拟主要使用９０４ｎｍ半导体激光器，用对眼睛安全的激光器作为战术训练系统的基础，最初称为激光交战系统（ＬＥＳ）。该系统的研制始于１９７３年，其可行性已得到了证实。１９７４年引进了微处理机技术，于是
ＬＥＳ发展成为多功能激光交战系统（ＭＩＬＥＳ）。同年，
赛罗克斯电光系统公司接受了全套ＭＩＬＥＳ工程的研制合同，向陆军提供８万多套装备，用于地面作战模拟。此外，该公司还研制了空对地作战系统以及ＭＩＬＥＳ空防样机。目前，全世界有美、
英、瑞（典）三国出售ＭＩＬＥＳＩＩ／ＳＡＷＥ系统；北约国家、以色列、阿根廷、俄罗斯、中国都在开发这种系统
［９］
。
８半导体激光瞄准和告警
瞄准具有两类：一类以发射红外激光的ＧａＡｓ激光器为基础，士兵需佩戴夜视镜才能看清目标上的激光光斑，以解决夜间士兵的瞄准射击问题；另一类激光瞄准以发射红色激光和可见光的半导体激光器为基础。美国激光装置公司在２０世纪８０年代推出的ＦＡ－４型激光瞄准具的重量仅９９ｇ，长１１．４ｃｍ［１０］。
为满足不同波长激光和可调谐激光器的探测要求，激光告警的工作波段不断得到拓展，角分辨率也
不断得到提高。新研制的双波段型激光告警系统覆盖的波段范围为０．４５～１．６５μｍ，这种设备已在“豹”型坦克上得到了验证。美国研制的ＡＮ／ＡＶＲ－２Ａ告警器具有附加的ＲＳ－４２２接口，可在直升机上配用不同显示器，也可通过接口卡，方便地与“先进战术红外对抗”（ＡＴＩＲＣＭ）和“先进技术雷达干扰机”（Ａ－ＴｒＯ）等对抗系统相组合，现已用来装备“阿帕奇”（Ａ－
ｐａｃｈｅ）ＡＨ－６４直升机和英军的新型攻击直升机。
９半导体激光通信
半导体激光器在卫星通信技术中只需要较小的望远镜和较低的发射功率，就能实现光的自由空间传输并获得极高的数据率传输。激光通信技术可用于轨道卫星间的相互通信及卫星与地面站的通信。其中，通信信号用的是波长为８０８ｎｍ的ＧａＡｌＡｓ激光二极管，输出功率为６０ｍＷ，包括４２０００ｋｍ的远距离传输；捕获跟踪传感器基于ＣＣＤ阵列，通信探测器为雪崩光电二极管。欧洲航天局已于２００１年６月用Ａｒｉａｎｅ５号运载火箭发射Ａｒｔｅｍｉｓ卫星，与法国空间局合作进行半导体激光互连卫星通信实验。
１０军用光纤陀螺
军用光纤陀螺是军用光纤领域中用途最广，是目标监测和测量方面不可缺少的技术手段。由光纤绕成环形光路，采用Ｓａｇｎａｃ干涉原理，检测出随转动产生的两路激光束的相位差，由此得出转动的角速度。其主要优点是：无运动部件，仪器牢固，耐冲击，抗加速运动；机构简单，价格低廉；启动时间极短（原理上可瞬时启动）；灵敏度高，可达１０－７ｒａｄ／ｓ；动态范围极宽（约为２０００度／秒）；寿命长等。在军用民用光纤通信、光纤制导导弹、制导鱼类等方面广泛应用。
１１结束语
除上述应用外，半导体激光器还在制作光纤传感器、液晶光阀和激光二极管原子钟等方面有广泛的军事应用前景。总之，半导体激光器的军事用途随
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参考文献：
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着器件性能的提高还会不断扩大。（Ｎｏ．７）美计划在Ｃ－１３０Ｈ上安装激光器开发激光空中炮艇
波音公司最近宣布将在Ｃ－１３０Ｈ飞机上安装一台高能激光器用于２００７年进行的一项测试工作，如果测试成功将会进行“激光空中炮艇”的全面开发。２００６年１月１８日，波音公司的导弹防御系统部在Ｅｇｌｉｎ空军基地接收了这架Ｃ－１３０Ｈ飞机。据称，这架属于美国空军第４６测试联队的飞机将根据先进战术激光（ＡＴＬ）项目进行改装，用于携带高能化学激光器以及战斗管理和光束控制子系统。
除高能激光器以外的所有子系统的飞行测试将在今年夏天开始。一部低能激光器将替代千瓦级的高能激光器。高能激光器正在爱伯克奇进行制造，预计在今年夏天进行首次地面发光测试，这种将于２００７年安装的激光器将从飞机腹部的一个半径５０ｉｎ（１２７ｃｍ）的小孔向地面目标发射激光，以验证高能激光器在军事方面的应用。
ＡＴＬ是一个美国国防部先进概念技术验证（ＡＣＴＤ）项目。预计在２００７年测试后，美国国防部将会
批准对ＡＴＬ进行全面开发。在ＡＴＬ项目中，美国国防部的选择方案还包括在Ｖ－２２、Ｈ－５３或Ｃ－１３０飞机上安装非冷却光学系统和现有火控系统的中能激光器。重点是在城市或郊区环境中进行军事或执法行动。激光的精度将降低在１５ｋｍ以外可能产生的附带损伤。ＡＴＬ是机载激光项目（ＡＢＬ）的补充，后者是美国导弹防御局用于在推进段摧毁弹道导弹而开展的项目。ＡＢＬ项目包括一个安装在波音
７４７－４００飞机上的兆瓦级的化学激光器。波音导弹防御系统副总裁兼总经理Ｓｈａｎａｈａｎ表示，ＡＴＬ将用
于空地作战，ＡＢＬ则用于导弹防御，它们都将对战场产生革命性的影响。
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