第二章 激光的特性及其应用

第二章 激光的特性及其应用一、激光的特性 方向性好： 普通光向四面八方辐射，而激光基本沿某一直线传播，激光束的发散角很小 单色性好： 指光强按频率的分布状况，激光的频谱宽度非常窄 高亮度： 在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大 相干性好： 时间相干性和空间相干性都很好激光也是光，它与普通光没有本质上的区别，但激光又是一种特殊的光，它与普通光源相比有四个特点1.方向性好一束激光射到 38万 km的月球上，光斑的直径只有 2km手电筒的光射到几米处，扩展成很大的光斑。 利用激光准直仪可使长为 2.5km的隧道掘进偏差不超过 16nm.激光束是高度平行的光束 。激光束发散角小，约为 10-4rad量级，对应的立体角在 10-6sr量级。普通光源发出的光向各个方向传播。光波的单色性可表示为2.单色性好单色性最好的氪灯 Kr86 =4.710-3 nm 稳频 HeNe 激光器 3.亮度高激光器能产生宽度极窄的光脉冲，使用锁模技术，可产生 10-14s的光脉冲。由于能量被集中在极短的时间内发射出来，因此光功率极高。干的特制的氦 氖激光器输出的光束，相干长度达 2107km。 氪灯只有 38.5cm。4.相干性好二、激光的应用1.工业领域 激光打孔激光打孔的特点： 速度快、效率高， 可在硬、脆、软等各类材料上进行， 可获得大的深径比等 激光能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温。 激光切割激光切割的特点： 速度快、无接触、精度高、切缝光滑 激光焊接激光焊接的特点： 焊接点均匀、美观、精度高 激光热处理激光热处理的特点： 处理速度快、变形小、效率高激光技术问世时间虽短，但发展速度惊人，尤其是在军事领域中的应用。 79年中越自卫反击战使用了激光武器， 82年英阿马岛战争使用了激光武器，后来的一些局部战争大多都使用了激光武器，尤其是美国参战的，基本上都使用了激光武器及其设备，如：海湾战争，科索沃战争，据报道，直接参战的多国部队战斗机，都配备了机载激光投弹制导仪，大大提高了命中率。现在世界上有许多国家都有激光制导仪，但目前最好的是美国的 “ 低空飞行和夜间红外线追踪系统 ” ，它不需地面人员指挥，便可自动瞄准敌方目标进行导弹袭击。随着激光技术的进一步发展，激光武器将会越来越先进，它必将在未来太空作战中发挥巨大的作用。2.军事领域激光在军事上应用范围很广。主要是利用它的方向性、单色性、相干性和高亮度的优点，用它进行 激光制导 、激光测距 、 激光雷达 、 激光通讯 、 激光侦察 和 制成激光武器 等。 激光制导激光制导是继雷达、红外、电视制导之后发展起来的一种精确制导技术。目前已投入使用和正在研制的激光制导武器有 激光制导炸弹 、 空地导弹 、 空地反坦克导弹 、 炮弹 、 火箭弹 、 防空导弹 等。目前激光制导武器主要采用 半主动式回波制导 和 半主动式波束制导 两种。激光制导炸弹 空地导弹火箭弹防空导弹激光制导的优点：1. 命中率高 。经多次实验证明命中率可在 97%。2. 抗电磁干扰能力强。 激光属于可见光，故不受电磁波干扰。3. 制导系统体积小，重量轻、结构简单、造价低廉。但是，激光制导也存在其 缺点 ：主要是受天气影响较大。大雨浓雾、扬尘 (烟幕 )使激光传输受限制难以正常工作。激光测距激光测距机的类型很多，结构也不尽相同。在军事领域中，激光测距机主要用于 地形测量 、 战场前沿测距 、 火炮测距 、 飞机 、 导弹测距 和 云层测量 等。目前世界各国的激光测距机大部分装配于坦克、地炮、舰炮和机载武器等，少数型号装备于迫击炮、枪榴弹发射器等步兵武器。激光测距的优点：1. 操作 简便 、速度快2. 测距精度高。3. 体积小、重量轻。4. 抗电磁干扰。激光测距的主要 缺点 ：不能全天候使用，其作用距离受天气和战场条件 (硝烟、尘埃等 )影响较大，为适应全天候作战的需要，常常配合雷达使用。激光雷达 在激光测距机的基础上加装测角、测速和自动跟踪装置就构成激光雷达。它同工作在微波段的雷达相比，激光雷达的优点是 角分辨力高 、 成像清晰 、 测量精度高 、 隐蔽性好 、 抗干扰能力强 和 体积小 、 设备简单 。 激光雷达设备的主要用途就是用于测量飞机、导弹、地面主战兵器、舰艇 ,甚至炮弹的运动轨迹。 目前，比较成熟的激光雷达有 美军研制的激光障碍物和地形回避警戒系统 ，在直升机前方扫描半径为 1.6km能发现 450m处直径为 3.2m的金属线。激光武器 利用激光的能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器称为激光武器。根据激光武器发射的能量不同，可分为 低能激光武器 和 高能激光武器 两类。1.低能激光武器： 指发射功率较小的激光轻武器。它的外形和普通步枪差不多，故亦称激光枪。它体积小，重量轻，击发时无声响。用激光枪照射各种精密仪器，可烧坏其脆弱部件而使仪器失灵；在近距离用它照射人员，可以烧焦皮肤，或使衣服燃烧而失去战斗力；在一定距离上用它照射人眼，可以使人致盲。那么，无论战时，还是平时都应重视对激光的防护。基本方法是配带反射型或吸收型的防护眼镜。激光致盲器装有激光瞄具 的 MP5K冲锋枪特种作战激光枪2. 高能激光武器： 又称强激光武器或激光热武器。它是一种大型的激光装置，外型和普通火炮差不多，所以也叫激光炮。它主要用于对各种高速运动的目标实施攻击。用它照射导