激光的发展历程及应用

1、南京理工大学研究生研究型课程考试课程名称： 现代物理学导论 考试形式：专题研究报告 论文 大作业 综合考试学生姓名： 王慧 学号： 512011424 评阅人： 王清华 时 间：2013年6 月 激光的发展历程及应用王 慧（南京理工大学 机械工程学院 南京 210094）摘要：自1960年第一台激光器发明以来，经过儿十年的发展，激光技术的研究取得了飞越性的发展并广泛应用于人们生活的各个领域。本文主要介绍了激光的应用领域以及一此处于研究前沿领域的技术。关键词：激光发展；激光历史；激光应用The Development and Application Prospects Of Laser Tech

2、nologyAbstract：Since the advent of the first optical maser, there has been several dacades. In the short years laser technology has made transilient progress and has applied to in many affairs civil use. The article is about the application of laser technology which is under application and advancin

3、g front of study.Key words：Laser Development; Laser history; Laser Applications一引言自1960年7月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器以来，经过四十多年的发展，人们在激光的研究上突破了许多技术难题并取得了相当的成就。激光被发明以来，以其方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性引起了科学家们特别是军事家们的广泛关注，经过科学家们的不懈努力，今天的激光仪器无论是从工作原理、实验手段，还是制造工艺都已逐步成熟。激光日益受到各大军事强国的重视，并有望成为未来军事技术发展中最活跃的一个领域之一。迄今为止，激光在军事领域已

4、经广泛应用于定向能武器、航空航天、侦察与反侦察、制导、通信等诸多领域，大大提高了军队在高技术战争条件下的打击与防御能力。同时，激光的军转民技术也得到了很大的发展。二激光的发展历程 早在1917年,爱因斯坦在光量子假设基础上,提出了光的两种不同性质的辐射自发辐射和受激辐射.从理论上预言了存在受激辐射光的可能性。1928年,德国的R.Ladenburg,H.Kopferman用实验证明了受激辐射假设成立。到本世纪五十年代,实验上验证了粒子数反转现象,并提出爱激辐射放大理论,由这个理论所预见的粒子数反转体系对入射电磁场产生受激放大作用的可能性,首先在无线电电子学的微波技术领域内得以实现。1954年,

5、氮分子气体微波量子放大器诞生。微波量子放大器技术的出现和进展。促进人们在光频波段的探索。1957年9月,美国的c.H.Townes第一次提出光频受激辐射放大设想,同每11月,美国的R.G.Gould独立提出光频受激辐射放大构思并提出证据公证。继而许多人提出了各种激光器建议.1960年5月.5日第一台红宝石激光器69招A。)由美国人T.H.Maiman研制成功至此,激光技术就以科学史上罕见的高速度向前发展着,激光理论和激光应用也很快开拓。在理论研究方面.激光技术的出现极大地促进了光辐射理论的发展。激光以前所有各类光源的发光纂本上属于自发辐射机制.光辐射与物质的作用属于弱光与物质的相互作用,其辐射

6、理论属于有关弱光辐射的产生机理,基本性质及其与物质相互作用的理论,经其描述的特点是麦克斯韦方程组中介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成线性关系,而量子描述的特点是在进行量子力学处理l对.往往只取一级微扰近似。激光的发光机制是基于粒子数反转体系的受激发射.在发谐振腔内由于感应辐射的连锁反应.雪崩似的获得放大效果而产生强烈的光辐射,有关强光辐射的产生机制,基本性质及其与物质相互作用的理论得到了重大发展.这些新理论的经典描述特点是介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成非线性点系,而量子化描述的特点是在进行量子力学处理时往往要取二级或更高级的微扰近似,从1963年建立了激光器的半经典理论,到七十年代

7、,有关激光的三种基本理论经典,半经典和量子理论,都已基本形成。量子电动力学是整个激光物理学的严格的理论基础,但在处理具体问题时.往往不都是采用这种理论的全部观点和全套处理方法,而是根据所要讨论的激光物理现象属性特点的不同.而采用不同的理论处理方法。在讨论有关光学谐振腔和激光传输问题时,一般采用经典描述方法;半经典描述方法能反映与场的波性有关现象的规律性;全量子描述方法不但能成功地解释有关光的发射,吸收,散射等大部分涉及到光与物质相互作用现象的规律,而且在原则上同洋能以统一的观点去解释与光的传播特性(干涉、衍射等)有关现象的规律性,但有时在数学处理上过于繁杂,基本量子电动力学的基本观点或基本结果

8、,还可派生出一些专门的课题理论,如光子统计学理论和速率方程理论。在技术应用激光有着广泛的市场,如工业上的材料加工处理(包括退火、制作合金、淬火和材料切割等)、光通讯、测距、计量标准、医疗技术的新工具、太阳能人造卫星的能量聚束、控制核聚变、同位素分离、激光打印机、激光复印机,农业上用激光辐照种子和植株提高产量从及军事上的激光武器、目标照明、空间通风系统等等,不同的应用领域对激光技术有不同的要求,促进了激古器技术的不断发展。从1960年第一台激光黔,J世以来,各种激光器新器件如雨后春笋。1960年未研制成了HeNe混合气体连续激光器,961年提出了Q调制皮术,同年夏天在实验上以克尔盒作为Q开关,制

9、成了第一台调Q激光器,这一年还制成了诗玻璃激光器,1962年,美国三个研空小组几乎同时分别公布了关于砷化稼半导体激光器传的报导,1964年研制成了氢离子激光器,二氧化碳激光器、化学激光器,碘原子激光器乃掺钦的忆铝石榴石激光器,1965激光器,1965年实现了妮酸铿光学参量振荡器,同年,人们招叻半经典理论预言了锁模疚的存在,1966年研制成功固体锁模激光器,获得了超矩激光脉冲.同年还研制成染料激光器,铜蒸汽激光器。60年代获得高功率的方法是制作由漫布式横向政电和纵向放电所激励的很长的气体放电激光器,所有这类装置都有一个热量如何散逸的问题。1967年.航空公司的Arthur Kantrowitz及

10、其同事在这方面有重大突破,靠不断流动的气休进行热散逸,1968年这种激光器功率增大到135千瓦。70年代,TRw公司制造了400千瓦的氟化氖(DF)化学激光器,以及后来的2.2兆瓦DF激光器,这一时期研制出的多种放电激光器包括金属蒸汽激光器,横向激励的大气压激光器(TEA)及准分子激光器。1974年美国联合公司运转了第一台紫翠宝石连续波激光器。1975年美国的J.Madey研制成功第一台将CO2激光束放大的白由激光器。1977年美国的D.A.G.Deacon研制的自由电子激光器问世。80年代.大功率激光器的主要推动力是在自适应光学系统方而,与空间平台相适应的泵浦源方面及短波长激光器方面,如准分

11、子激光器和自由电子激光器以及198d年10月普林期顿大学和里弗莫尔实验室分别报导的x射线激光器。这一时期Itt界各国还建立起一些大型的激光装置。1985美国里弗莫尔建成巨型诺瓦装置,可提供1.06um×1000KJ、l00Tw和0.35um×25KJ激光辐射,满载时0.35um三倍频能量为508OKJ.激光脉宽1.53ns;洛斯阿拉莫斯建成96路KrF准分子激光系统,脉冲能量10KJ,脉宽5Ps;罗彻斯特大学建成24束欧米加钦玻璃激光装置,正准备改成32束,能量约10KJ,用0.35um三倍频波长,它将成为美国直接驱动聚变的主要实验设施;由TRW公司承建的HF化学激光一器.

12、发射波长2.7um,功率2Mw,满载功率10Mw,是目前定向能武器中最成熟的装置.处二于试验阶段、另一台DF连续波中红外先进化学激光器,发射波长3.8um,功率大于IMW.光束孔径14×14CM,它将用于定向能武器的光束“净化”实验中功率准分子喇曼频移激光器.波长0.35um.Ps脉宽,重复频率100Hz,平均功率大于5000w。苏联的高能激光武器,到80年代未,建立了六个以上的大型研制工厂和试验场,用于武器的激光器有准分子激光器、HF/DF激光器、自由电子激光器、CO2激光器、X射线和Y射线激光器,水下通讯用兰绿激光器。西欧各国在尤里卡计划中的欧洲激光计划协调下,联合协作.促进了激

13、光业的兴旺发达。该计划的主要项目是研究与开发工业用10IOOKwco:激光器,1一SKw固体激光器,IOKw准分子激光器.SKwCo激光器,自由电子激光器及其它医用与工业用激光系统。英国的卢瑟福.阿普尔顿实验室建成世界上第一个运转的多束短波长高功率激光器-一“火神”装置,1980年起单路打靶和6路对称打靶系统投入运转,该装置被用来进行激光等离子体基础研究和x射线激光研究。到80年代,我国研制成功的激光器几乎复盖了已问世的所有固体、气体、液体、半导体激光器的族谱。1985年我国研制的Pbsnse等系列半导体可调谐激光器,用于分子法激光分离同位素。我国中科院上海光机所于1987年6月建成1俨w大型

14、高功率激光系统“神光”装置,为开展激光核聚变研究奠定了坚实的基础,使我国成为世界上拥有这种大型激光装置的少数几个国家之一,对促进x射线激光、激光等离子体物理、武器物理、激光将作出重要贡献。日本在1978年通产省设立“超高性能激光应用复合生产系统”,1985年设立“激光机动加工”等大型项目,仅几年时间,便使日本激光加工进入世界先进行列。在激光同位素分离方面,1987年成立旧本激光原子法分离工程研究协会”,为政府与工业界联合投资大大加快了激光原子法的进程。80年代起,日本开始重视基础研究,对激光核聚变进行了大量投资,大阪大学激光核聚变中心的整套设备由日电承包,从1980年起开始一个为期十年的“金刚

15、计划”,最终目标要达到得失相当,为设计实用反应堆作前期准备工作。到80年代,已经有了固体、气体、液体、化学、染料、半导体等各种激光器,分立激光谱线有几千条,波长复盖从真空紫外到毫米波,长波一端已与微波波段重迭,短波一端正向硬x辐射和丫辐射进军,染料、色心、铅盐和可调谐晶体提供了可见、近红外、红外波段的可调谐性,脉冲输出工率密度超牲1019W/CM2,最短光脉冲达6×10-15sec。激光发展的主要方向是更广泛,更有效地应用到科学、技术、生产和生活中去,继续提高激光器件的性能是关键。可以预料,大量工艺问题的解决将大大促进激光科学技术的进步,激光与信息科学技术的密切相关是一个不可避免的大

16、趋势,光电子学会成为影响很大的科学,弱光场下材料的非线性光学、低功率水平下光电功能器件的研究与开发值得加倍注意。重量轻、尺寸大、响应快的自适应光学系统将有宽广的应用前景。三激光的应用 激光的应用主要是利用激光方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性的特点而被科学家们看好。在军事领域，激光可以用于实施常规打击，航空航天中的点火推进控制燃烧,侦察与反侦察，精确制导，保密通信和飞行器姿态定位等，而这些激光应用的军转民成果在民用领域也必将有着广泛的应用前景。下面我们以激光在军事领域的应用为主并有针对地介绍一些激光军事应用技术的军转民成果和研究方向。1.激光武器说起激光在军事领域的应用，人们都无一例

17、外地想到将激光用作定向能武器，即将激光束直接摧毁目标或使之失效的武器。现在的激光武器主要由激光器、精密瞄准跟踪系统和光束控制与发射系统等部分组成。激光武器以其攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点备受军事家们的青睐。根据作战用途的不同，可将激光武器分为战术激光武器和战略激光武器。战术激光武器是利用激光作为能量，发出很强的激光束来打击敌人。这种武器能够像常规武器那样直接杀伤敌方人员、使某些光电测量仪器的光敏元件收到损坏甚至失效、击毁坦克、飞机等，主要代表有激光枪和激光炮。战略激光武器是指可攻击数千公里之外的洲际导弹、太空中的侦察卫星和通信卫星等的高能激光武器。在1975年11月

18、，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”；此外，在著名的英阿马岛战争中英国就曾经使用激光武器对付阿根廷飞机而导致机毁人亡。由此，我们不难看出高能激光武器有望成为未来高科技战争中夺取空间优势的杀手锏武器。但是，目前的高能激光武器的一些关键技术尚未发展成熟，还存在许多有待进一步研究解决的问题，例如，大气介质对激光能量的衰减，大气引起的激光光束的漂移等等。目前，美、俄、英、以色列等国已研制出初步的车载和机载激光武器，并且有望与不久的将来应用于战术防空、战区反导和反卫星作战。ATL是小型模块化高能激光武器系统的一个新概念,其发展理念

19、是开发在云层下作战的战术激光武器系统。它拟采用诺斯罗普#格鲁曼公司为ABL计划研制的300kW高能氧碘化学激光器(COIL),该激光器利用过氧化氢、氧和碘的化学反应产生激光,而且加注后可重复使用。将其安装在机动的战术平台上,形成独立的武器系统。ATL系统质量预计在4 536kg6 804kg之间。值得指出的是,尽管ATL样机还未研制出来,但该系统采用的各部件目前均为现成产品,且大部分可通过商业途径购买,所以一旦批准全面开发ATL系统,主要工作将是把各部件集成为系统并安装到承载平台上。机载战术激光武器可用作致命武器和非致命武器,其首要任务用于超精确打击,以很小或者是无附带破坏迅速摧毁目标或使地面

20、目标失效,同时它们也很容易被改装用于防御敌方掠海反舰导弹和低空巡航导弹,该系统将具有多种用途。（1）软杀伤激光武器在美国国防部的研究报告中强调了超精确打击,它指利用ATL在城市对地面目标实施外科手术式的打击,以最小的附带破坏使目标失效或被摧毁。可对付敌方战术、战役甚至战略目标,攻击的目标包括通信线路和电子线路、天线、传感器以及地面的飞机和车辆等。因此,在城市或郊区环境中执行军事行动时,ATL可在不伤害非作战人员和不破坏民用设施的情况下,迅速使敌方武器系统迅速失效或被摧毁,并且可以最大限度地避免平民伤亡。由于距离目标足够远,所以ATL行动是隐蔽的,且激光光束没有声音,在防区外几公里处相当远的距离

21、上,不会遭受轻武器或防空导弹的直接攻击。（2）硬杀伤激光武器机载战术激光武器在与敌方掠海反舰导弹和低空巡航导弹等目标交战时,它处于运动状态,这样可以大大提高产生热晕的阈值,因而可以减小热晕的影响。同时ATL在距水面和地面足够高的位置作战,所以水蒸汽和地表的杂波对其构不成直接影响。ATL作用距离约为20km,系统反应时间能保证应付速度为Ma=2的目标,因此可在数十秒内与多枚反舰导弹和巡航导弹交战,并在防区外准确地把直径10cm的激光光斑打在这些活动目标上,能连续发射100次而不需重新装填激光燃料,可有效对付8km24km范围内的各种空中威胁。机载战术激光武器由一架装载着高能激光器的战术飞行器组成

22、,其首选的空中平台为波音公司生产的鱼鹰倾转旋翼机V-22。ATL系统包括高能激光器、侦察传感器、飞行平台和地面支援设施。美国波音公司选择鱼鹰倾转旋翼机V-22作为主要设计研究平台是因为V-22有足够的载重量和内部空间,并可在航空母舰上起降。此外,它装有后启式舱门和可向下打开的机舱和货钩,这使得ATL整套系统可做成一个集装箱的形状,轻松装进V-22的货舱中。目前设计方案拟将ATL的全部设备装在4个空投运货底座上。第1个底座装在V-22底舱口上,包括侦察传感器和支架,传感器装在一个可旋转的小型转塔上,起飞后转塔伸出舱外;第2个底座包括操纵员工作间和电子设备;第3个底座为激光器装置,它装在主底舱口最

23、大的转塔上,在起飞降落时收入舱内;第4个底座包括激光废气处理器和其它供应箱。此外还可选择大型直升机如波音CH-47、小型运输机如洛马公司的C-130H运输机等作为ATL的空中平台,甚至可能包括地面车辆,如5t的卡车或陆军的FCS未来战斗系统。在机载战术激光武器的作战高度,激光废气处理系统所排放的激光气体无法直接与外部环境气压相适应;因此, ATL必须采用密封式排气系统,将激光排出的废气吸收,而不排入大气。该系统基本上是一个充满冷沸石的箱子。沸石为沸石族矿物质的总称,是一种工业原料,广泛用于分离处理过程中产生的杂质。在ATL作用时,沸石将激光气体吸入其内部微结构,吸入的激光气体约占沸石自身质量的

24、20%,在液态氮的温度下,沸石上的气体压力很低,足以抽吸激光废气。沸石通过加热可再生循环,分离被吸收的气体,尔后又被冷却和再利用。由于结构紧凑的氧碘化学激光器装置采用液态氮作为稀释剂,所以密封式排气系统就可以封住所有激光排放的气体。激光废气处理系统的优点就是能让整个高能激光器变得非常紧凑,从而可装在各种移动的空基、陆基工具上。2002年,波音公司将该装置作为紧凑型密封式高能激光器以20kW的功率进行了验证,并取得了很好的效果。由于机载战术激光武器的作战环境在大气底层,因此ATL的作战问题受气象条件影响较大,对作战环境要求比较苛刻,云层、尘埃、海浪、雾气都能对激光束造成干扰。ATL目前对此的办法

25、不多,最有效的就是尽量避免在恶劣的气象条件下作战,同时运用多年积累的气象数据库,有效预测机载战术激光武器在特定作战环境下的天气情况。例如,在波斯湾,气温高、湿度适中、云层厚、能见度在大部分时间受到沙尘的影响;在朝鲜半岛,冬季和夏季的气候变化很大,冬季寒冷、晴朗,夏季炎热、潮湿且天气多云阴暗。在这两个地区, ATL只能在50%的时间里杀伤范围大于20km。在波斯湾,有10%的时间其杀伤范围超过了24km, 10%的时间小于16km。在朝鲜半岛的沿海气候条件下,差异更大, 10%的最好时间里其有效范围超过30km,但在10%的最糟糕天气时间里有效范围不到8km。由此看来,ATL的使用标准将依据气候

26、条件和作战任务要求制定,以达到适时、合理使用的目的。2.航空航天激光在航空航天领域有着广泛的应用，在此，我们主要要介绍的是现今处于研究前沿的激光点火、推进和控制燃烧的技术。 （1 ）激光点火激光点火技术作为一种新型的点火技术已越来越受到各个国家的重视。当激光强度足够高、光斑直径足够小、辐射热流密度足够高时，热吸收速率就会远远大于热扩散速率而使能量迅速积累，从而使激光点火成为可能。这种技术使燃料在低温条件下实现爆震燃烧成为可能，大大提高了普通发动机达到超音速飞行推力。一般，点火过程受AP的表面积、燃烧推进剂、初温和热流密度等因素影响较大，而激光点火能够独立于初温以及气体组分等环境参数选择热流，具

27、有很高的可比性1。俄专家为了证明该技术的有效性，使用燃烧性能差、在1000摄氏度时才能燃烧的甲烷进行了实验，发现激光可使甲烷在 300-600 摄氏度的低温条件下燃烧。（2）激光推进激光推进技术是将激光的能量转化为飞行器初能而飞行器自身不用携带燃料的一种新型的推进技术。激光推进方法于1971年首次提出2，现今已经成为国际上日益引起关注的先进推进技术之一。主要分为两种方式：一是利用激光和工质相互作用产生推力。它包括空气吸气模式和烧蚀模式3。二是利用激光显著的光压效应产生推力，即借助太阳光压来推动飞船，实现无燃料航行。 （3）激光控制燃烧激光控制燃烧技术是一种随着航天航空技术要求的提高而产生新型燃

28、烧控制技术，指的是采用激光维持燃烧设计，可任意节流和熄灭 - 重起燃烧的推进控制方法。在推力器的设计上，“非自主燃烧推进剂”的燃烧由激光照射控制，激光照射时燃烧进行，反之，燃烧就会停止。用这种方法，可制成高效率的非自主燃烧推进的激光控制的微型推力器。实验表明，在 1kpa-100kpa的背压下，固体推进机的燃烧可由5w-30w 的激光照射控制，燃烧能任意中止和重启，推力可任意调节4，因此大大提高推进系统的性能，有极大的发展潜力。3.激光侦察与反侦察激光侦察与反侦察的手段主要有激光测距、激光雷达、激光报警、激光隐身等等，他们在原理上都很相近甚至相同。（1 ）激光测距激光测距在技术途径上可以分为脉

29、冲式激光测距和连续相位式激光测距。其中，脉冲式激光测距是指向目标发射激光信号，碰到目标就被反射回来，由于光的传播速度是已知的，只要记录下光信号的往返时间，用光速乘以二分之一，就是所要测量的距离。连续波相位式测距是用连续调制的激光波束照射被测目标，从其往返中造成的相位变化，换算出距离。其中，连续相位式激光测距仪主要用于短距离测距，而脉冲式激光测距仪主要用于长距离激光测距。这一技术的军转民成果是将军事激光测距仪的简化，它们的区别仅在于民用的激光测距仪较军用的装置简单，精密度略底，而这些主要是基于经济适用方面的考虑。（2 ）激光雷达与激光测速雷达的分辨率与波长有关，波长越小分辨率和精度就越高。激光雷

30、达工作在光波段以激光来探测目标，较微波雷达在高精度和成像方面都占有优势。激光雷达在分辨率上可以达厘米甚至毫米级，比微波雷达高近 100 倍，在测角速精度上，理论上比微波雷达高一亿倍以上。目前军用激光雷达主要应用于飞机导航和来袭导弹或飞机的定位与测量上。民用的激光测速仪是激光雷达的简化装置，目前已经应用与交通管制时的车速检测等方面，由于工作原理的不同，激光测速仪较原有的微波测速仪有着独特的优势。（3 ）激光报警与激光反偷拍激光报警是利用安放在隐蔽处的激光发射装置发射出一束红外激光，通过扫描并探测分析回波或在另一侧有接受装置，若接收正常则平安无事，若接收异常系统则自动报警，目前激光报警系统主要应用

31、于对重要军事设施的秘密监视以及反狙击、反反狙击等方面。激光报警技术本身就是一种军民两用技术，在军事上可以承担重要军事设施，军事地段的警卫任务，在民用上亦可以用在重要文物、金库等重要地方，两种报警器在原理、构造上并无差异。激光反偷拍是激光侦察的一种民用化的技术，也可以说是激光反狙击的民用化。同激光反狙击一样，激光反偷拍也是利用红外激光逐层扫描寻找目标，一旦接受到由目标反射回来的特定的信号，反偷拍系统立即相应，沿原光路射出一道一定强度的激光使正在工作中的摄像仪拍得的像模糊不清甚至直接损坏摄像仪中的光电器件，由此达到反偷拍目的。目前，激光反偷拍仪器尚处于研制阶段，市面尚暂无方便适用的激光反偷拍仪器，

32、其研究难点在于如何准确无误地捕捉目标并把握激光光强对偷拍仪器的损毁程度。4.激光制导制导指的是控制和导引飞行器，使其按照选择的基准飞行路线进行运动的过程。目前在军事领域采用的制导方式主要有卫星制导、惯性制导、地形匹配制导和激光制导。作为主要的制导方式之一，激光制导是以激光作为传递信息的工作物质的制导，依靠寻的器，自动跟踪激光目标指示器射向目标反射回来的激光束。激光目标指示器发射的激光始终瞄准所要攻击的目标，弹头的光探测器锁定在反射激光束上。探测器接收的信息经处理控制尾翼，使导弹调整其飞行路线，精确命中所要攻击的目标。激光制导以其具有投掷精度高、捕获目标灵活，导引头成本低、抗干扰性能好、操作简单

33、等优点被各国军事家所看好。现今已有大量激光制导武器装备部队，如激光制导导弹、激光制导炮弹和激光制导鱼雷等。激光制导根据其制导方式的不同可以分为半主动制导、主动制导和波导制导。目前制导的方式以半主动制导和波导制导为主，各大军事强国都正在积极开发高性能目标捕获跟踪和激光指示系统、开发小型化激光雷达导引头、提高武器系统的抗干扰能力和生存能力以实现激光自主制导。5.激光通信像微波雷达与激光雷达的差别一样，通信领域也能从微波范围转向可见光范围。激光通信是以激光为载波，自由空间为传输介质的通信技术。在远距离信息传递方面，激光通信因其波长短，发散角小，在接收器处可获得以数量级提高的功率密度，对于光的自由空间

34、传输，只需要较小的望远镜和极低的发射功率；并且还可以利用光进行极高密度的数据率传输。同样，由于激光的波长短、发散角小，用于激光通信的天线可做得很小。此外，激光通信对对潜通信尤为重要，由于蓝光或绿光穿透海水时衰减最小，波长为0.470.54m 的蓝光经过100m深度传播，其损耗仅为其他波长的 1/100。蓝绿光在海水中的穿透能力可达 600m 以上，其传播方向好，不易被敌方截获，且隐蔽安全，也就极大地提高了海军的其生存能力。然而，激光通信也有一些不足之处，例如激光强度在传输介质中的衰减，激光束的发散问题等，这一问题的克服有待于激光技术的进一步发展。目前激光通信技术从诞生以来，已经经过 30 多年

35、的发展历史，在激光通信技术发明之初，由于配套技术跟不上，导致了激光通信技术的发展受到了制约。激光通信技术的配套技术主要包括元器件制造技术、系统构建技术以及大气信道传输技术。另外，由于有线传输技术光线技术的大力发展，激光通信技术在一段时间内并未得到重视和大规模的应用。但是随着通信领域新技术的快速发展以及元器件制造技术、系统构建技术和大气信道传输技术的逐渐成熟，激光通信技术的发展具备客观的条件和有力的支撑。并且由于光纤通信技术受到了传输范围和地域限制，为了实现全方位的通信，激光通信技术的优点逐渐受到了人们的重视，对激光通信技术的研究重新纳入到了科研机构的议事日程。目前来看，激光通信技术的发展主要建

36、立了两个方面的系统：(1)利用光电探测器构建的直接耦合 FSO 系统目前光电探测器构建的直接耦合FSO系统属于激光通信技术中的主流技术，在欧美国家得到了广泛的应用。其中最成功的案例是在悉尼奥运会上，利用光电探测器构建的直接耦合 FSO 系统实现了激光无线数据连接，保证即时的数据通信。考虑到光电探测器构建的直接耦合 FSO 系统的优点，目前激光通信网络已经得到了大规模的建设。与此同时，光电探测器构建的直接耦合FSO系统在运行的过程中存在一些缺点，我们必须及时解决。主要缺点包括：1）激光发射器发射的光束由于散射角不同，造成了光斑粗糙，因此我们需要对现有的激光发射器进行优化，使其达到发生圆高斯光束的

37、目的。2）接收端的OE转换单元的数量随着带宽的增大而增加，无形当中增加信号接收转换的成本，因此我们必须提升 OE 转换单元的功能，减少其使用数量。3）由于激光通信设备的发射和接收装置均放置在建筑物顶部，安装和维护存在一定困难，因此我们要制定相应的安装和维护技术措施，降低安装和维护难度。(2)利用光纤传输技术构建的光纤耦合 FSO 系统在光纤耦合的 FSO 系统内，实现了激光通信技术与光纤技术的融合，有效利用了光纤通信技术的优点。其应用过程主要是通过激光发生器发射高斯光束，经过耦合后沿着光纤进行传播，在发射端和接收端都采用光纤进行传输的方式，这样以来，可以减少建筑物顶端的激光通信设备数量，便于系

38、统安装和维护。除此之外，利用光纤传输技术构建的光纤耦合FSO 系统还具有以下优点：1）减少了转换过程，降低了数据转换带来的额外成本。使每一个链路内的接口减少为 2 个，提高了链路传输效率。2）简化了升级和维护的过程，如需增加传输带宽，仅仅需要调整室内系统即可，省去了重新在硬件设备上对准调试的过程。3）实现了激光通信技术与光纤技术的融合，减少了激光通信技术中繁琐的设备设置和调试，对光纤通信的发射和接收装置进行了有效利用。6.飞行姿态定位激光对移动目标的姿态定位分析主要是依靠激光陀螺仪。激光陀螺仪是一种基于萨格奈克效应，以双向行波激光器为核心，依靠环行波激光振荡器对惯性角速度进行感测的量子光学仪表，是一种高精度的惯性元件。由于战争对武器自动化、机动性和准确性的要求越来越高，激光陀螺逐步替代传统的机械陀螺成为新一代应用于战术导弹、中近程火箭、火炮瞄准线稳定等的坚固、廉价的传感器。目前世