軍用激光技術
概述
軍用激光技術是應用於軍事領域的一項新興光電技術。主要研究受激光輻射的產生、傳輸、探測、與物質的相互作用及其應用。激光是利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質,使其發生受激輻射而產生的一種特殊的光。
發展史
激光原理是由美國物理學家CH湯斯、AL肖洛和蘇聯物理學家НГ巴索夫、АΜ普羅霍羅夫等人在1958年提出的。
1960年,美國物理學家TH梅曼製成第一台激光器——紅寶石激光器。其後,又有多種類型的激光器相繼出現,同時也開始了激光的應用研究。由於激光能解決傳統光學和其他科學技術所不能解決的很多實際問題,因而獲得迅速發展和廣泛應用。20多年來,美、蘇等國都投入很大力量研究和發展軍用激光技術。
原理和特點
物質中的原子、離子和分子等粒子都處於一係列不同的非連續的能量狀態,這些狀態稱為能級。通常,粒子都處於能量最低的能級——基態。當粒子受到外部能量的激勵時,它可吸收一定的能量躍遷到較高能級,這個過程稱為受激吸收。
粒子總是力圖使自己處於能量最低的穩定狀態,處於高能級的粒子又會自發地躍遷到較低能級上,同時以光子形式釋放出多餘的能量。
光子的能量等於兩能級之間的能量差,這種沒有外界作用的光發射稱為自發輻射。
普通光源(如電燈、日光燈等)都是靠這種自發輻射發光的。由於各個粒子都各自獨立而無規律地進行自發輻射,所產生的光在方向、頻率、相位和偏振態上都不相同,相幹性也很差。
與自發輻射相反,如果有外來光子的引發或感應,則高能級上的粒子也會躍遷到低能級,並產生與入射光的方向、頻率、相位和偏振態都相同的光,這種由外來光子“刺激”引起的光發射稱為受激輻射。
通常,高能級上的粒子數總是少於低能級上的粒子數,因而入射光使物質產生的受激輻射少於受激吸收,光束不會放大而是逐漸減弱。如果從外部不斷供應能量,則可使物質中處於高能級上的粒子數在某一時刻會比低能級上的多,這種現象稱為粒子數反轉。
此時,在外來光子的引發下,會發生大量的受激輻射,從而超過受激吸收,使光放大。如果再外加一個諧振腔,則可使光束在其中往複反射,即形成持續的振蕩,使光束不斷增強,最後從一端輸出強大的光,這就是激光。
激光的特點
方向性強。即發散角很小,僅為最好的探照燈光束的幾百分之一,一般在幾毫弧度之內。
單色性好。比最好的普通單色光源氪恠燈要高萬倍以上。
亮度高。可比太陽表麵的亮度高幾百億倍。
相幹性好。如氪-86燈的最大相幹長度僅為幾十厘米,而氦氖激光器的相幹長度理論上可達幾十公裏。
激光器是產生激光的裝置。它主要由三部分組成,即工作物質、激勵源(亦稱泵浦源)、諧振腔。工作物質是激光器的核心部分,是用來實現粒子數反轉和產生受激輻射的物質體係,可以是固體、氣體、液體或半導體。激勵源的作用是向工作物質供應能量。諧振腔通常由兩塊反射鏡組成,一塊為全反射鏡,另一塊為半反射鏡,工作物質置於兩鏡之間。
諧振腔的作用有二:1、提供光學反饋能力以形成受激輻射的持續振蕩,使光束不斷增強;2、限製光束的方向與頻率,使輸出光束具有極好的方向性和單色性。
激光器的種類很多。按工作物質的種類分,有固體、液體、氣體和半導體激光器;按激勵方式分,有光激勵、電激勵、熱激勵、化學激勵和核激勵激光器等;按運轉方式分,有連續波、單脈衝、重複脈衝和波長可調激光器等。