Chemistry 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: 化学激光器技术
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat Apr 24 14:02:42 2004), 站内信件

英文名称；Chemiscal Laser Technology
检索词：化学激光器；激光器；氟化氘激光器；氟化氢激光器；氧碘激光器
技术类别：新概念武器技术;

[定义]
　 化学激光器是通过放热化学反应产生激活介质的粒子数反转并在振荡腔中获得激光的

装置。它主要利用工作物质本身发生化学反应所释放的能量来激励工作物质，从而产生

激光。从原理上讲能做到重量轻、体积小和功率高。特别是可以减少对电功率的需求，

为自备化学能源的大功率激光器创造了在空间或战场上使用的可能性，备受军方青睐。

到目前为止，化学激光器仍然是欧美等国各类激光器中亮度最高的、连续平均功率最大

的激光器。
　 化学激光器主要有氟化氘(DF)激光器、氟化氢(HF)激光器、氧碘(COIL)激光器三种：


　 1、氟化氘激光器：
　 技术成熟，比能量高，一般300～500焦耳/克（J/g），输出功率已达2兆瓦，光束质

量好，波长3.8微米的氟化氘激光的大气传输性能好。
　 2、氟化氢激光器：
　 输出功率已达2兆瓦，光束质量好，但大气传输性能差。
　 3、氧碘激光器：
　 波长短，大气传输性能好，它在空气中的吸收系数为4×10-7cm-1，光束质量好，效

率大于30％，体能密度高达5（千焦耳/升）kJ/l，装置安全简便。它还能获得单线输出

谱，这将能制得更加有效和简单的多孔径系统。由于潜力较大，它是美国地基激光反卫

星武器的两候选者之一，也是机载激光武器的主要候选者之一。
　
　
[相关技术]激光技术
[技术难点]
　 化学激光器的研究与试验方面已经取得了很大的进展，但在技术上也面临许多困难：


　 1、氟化氘激光器：
　 它波长较长，难于获得高亮度系统。在相同亮度下，所需功率是氧碘激光器的8.5倍

，而激光器功率的进一步提高受到反射镜损坏的限制，只能用于近程作战。另外氟化氘

激光器腔压低，排气装置大而重，而且尾气有毒，这些都有待改进。
　 2、氟化氢激光器：
　 氟化氢激光器主要在空间和助推段防御中发挥作用，据美国物理学会估计需要有20兆

瓦的高能激光器和10米直径的反射镜，此外还要有快速转换目标的射束控制装置以及能

将激光武器送入地球低轨道的低成本火箭。目前的氟化氢化学激光器的功率只达到2兆瓦

，反射镜的直径也只有4米，离反导系统所要求的还相差甚远。
　 3、氧碘激光器：
　 氧碘激光器主要用于机载激光武器，它必须解决的一大难题是减小压力恢复系统的体

积和重量。氧碘激光器的光腔压力为4～6托，它需要快速启动的小型压力恢复系统。
　
[国外概况]
　 1965年首台化学激光器问世。它是所有激光振荡器中输出功率和输出能量最高的激光

器件，已发展成为高能激光器中的佼佼者，引起美、俄等大国极大关注。
　 1、氟化氘激光器
　 氟化氘中红外高级化学激光器(MIRACL)（见图dzjsz004.gif）是根据1978年3月美国

海军提出"海石"(Sealite)舰载激光武器计划由TRW(美国汤普森·拉莫·伍尔德里奇)公

司制造的，其目的是保护舰艇免受掠海导弹﹑巡航导弹和飞机的攻击,特别是用于航空母

舰这样大型舰船的防空。这是一种采用直线型喷嘴阵列的连续波氟化氘化学激光器，输

出功率2.2兆瓦，波长3.8微米，适用于在大气中传输。MIRACL于1984年研制成功，运往

白沙导弹靶场,安装在高能激光试验设施上。1985年2月，战略防御倡议局决定把MIRACL

用于"星球大战(SDI)"打靶试验，靶标是距离约1千米的一枚固定的"大力神I"导弹第二级

，它在冲压模拟飞行载荷下被MIRACL激光束照射几秒后烧穿爆炸。1986年7月又进行了两

次致毁试验，不但取得了动力试验数据，证实了激光器和激光束传播的设计是正确的，

而且两次均取得了拦截的成功。
　 然而，根据美国报道的SDI定向能武器研究计划1986～1989财年的经费分配情况，MI

RACL的经费1989年降为零，可见MIRACL已完成使命。但是根据美国的"平衡技术倡议"计

划，从1987年起，MIRACL又开始为发展舰载防空激光武器服务。另据报道，1988年12月

，美国国防部决定将MIRACL用于反卫星和卫星易损性研究，美国陆军战略防御司令部正

在发展这种用作反卫星的激光器。虽然动能反卫星计划已被取消，但MIRACL和"海石"光

束定向器配套而成的激光反卫星计划仍被保留。1995年参议院国防教授委员会又为陆军

的高能激光系统试验设施拨款2180万美元，以维持MIRACL全部设施的运作，并支持1996

年的对空间目标的打靶试验。
　 2、氟化氢激光器
　 氟化氢阿尔法(ALPHA)化学激光器（见图dzjsz005.gif）是一种适合太空部署、采用

环形喷嘴的圆筒形连续波氟化氢化学激光器，由TRW公司研制，设计输出功率为2兆瓦，

波长2.7微米。早在1978年美国国防高级研究计划局提出的激光"三位一体"计划中就开始

使用。这种激光器发出的激光虽然在大气中衰减严重，但在空间环境中传输不会受到影

响，所以适用于天基反导系统。由于激光波长较短，因而有助于减少光学系统的尺寸和

重量。ALPHA激光器于1987年在试验场地安装完毕，同时进行了试验。1987年8月至1988

年6月，该激光器在加州进行了3次地面试验，这些试验均未实现全功率输出，只达到计

划目标水平的40～50％。1990年11月30日，在加州首次成功地进行了兆瓦(MW)级的全功

率运转，光束质量达到或接近计划目标。1991年5月16日，美国又进行了一次ALPHA激光

器试验，试验表明，在模拟的空间环境中，ALPHA激光器至少能产生1兆瓦以上的热射束

能量。这次试验意味着化学激光技术已走出实验室，进入可生产硬件和可生产结果的实

际工作阶段。在1992年7月16日进行的试验中，ALPHA激光器获得了自出光以来的最高功

率和最好的光束质量。在试验中，一种非制冷的硅反射镜在兆瓦级功率的高能激光照射

下实现长达6.2秒的准确无误运行。
　 为了降低重量和减少体积，ALPHA激光器用铝做成圆柱体，许多部件都设计成适应外

层空间环境。采用阵列式结构的ALPHA激光器的输出功率将达10兆瓦，用于天基运行以拦

截助推段的来袭导弹。
　 3、氧碘激光器
　 氧碘激光器（见图dzjsz006.gif）波长1.3微米，是目前波长最短的化学激光器。由

于其波长短，能够缩小反射镜的直径并提高激光在靶面上的耦合效率，所以美国正在积

极研究这种激光器。1978年美国空军武器实验室(AFWL)首次演示了连续氧碘化学激光器

。氧碘化学激光器已作为继氟化氘和氟化氢化学激光器之后的第二代化学激光器而受到

重视。据1987年美国物理学会(APS)报告透露，AFWL正在制造一台25千瓦的氧碘激光器。

另据报道，AFWL的研究工作已取得进展，氧碘激光器的输出功率达到35千瓦，并得到很

好的光束质量。
　 为了从氧碘激光获得波长更短的可见波段激光，AFWL在1989年4月采用一块高纯度的

倍频晶体碘酸锂，将1.3微米、10千瓦的氧碘激光器输出倍频到0.65微米，功率为600～

700瓦，它是高功率的连续波可见光激光。转换效率达5％～10％。他们将把晶体置于激

光腔内，预计转换效率可提高到20％。为了缩短波长和提高亮度，美国在探索可见光波

段的化学激光新体系。
　
[影响]
　 化学激光器的特点使它在激光武器，尤其是高能激光武器方面有着十分广阔的应用前

景。它既可用于战术防空激光武器，又可用于战略激光武器，所以美国政府极为重视，

每年拨出巨资进行研制，一直处于领先地位。俄罗斯的化学激光武器发展也很迅速。它

的防空激光武器已进入原形样机发展阶段，并在"基洛夫"级巡洋舰上建造化学激光武器

，其作用距离超过10千米。
　 1、美、以联合研制的"鹦鹉螺"战术高能激光武器系统
　 美国和以色列采用MIRCAL技术于1991年开始研制该系统，1996年4月正式签署"鹦鹉螺

"激光武器的协议，目的是用该系统摧毁近程火箭弹和导弹。在试验过程中，该系统曾击

落过靶机、"陶"式反坦克导弹和巡航导弹，并于1996年2月，在美国白沙导弹靶场的试验

中，成功地击毁了两枚俄制BM－21"喀秋莎"火箭弹，达到了预期的目的。该系统可以捕

获到目标，并使激光束在目标上保持足够长的时间，以穿透钢制外壳，引爆战斗部。摧

毁战斗部仅用几秒钟的时间，然后在不到一秒钟的时间内重新对准新的目标。按照设计

的要求，该系统将安装在"布雷德利"战车或重型卡车上，携带足够的化学燃料，以确保

在必须重新加载燃料以前能进行50次射击，建成由4～6辆战车组成的作战火力单元，足

够对数百枚火箭弹维持长时间的交战。另外，该系统也可和战区高空区域防御系统、"爱

国者"、"扩大的中程防空系统"等配合使用，以达到更加理想的作战效果。
　 2、通用面区域防御综合反导激光武器系统(Gardian)
　 该系统是TRW公司采用MIRCAL技术为陆军开发的前沿机动防御系统，旨在弥补陆军中

程和远程反导武器系统的不足。它由一台400千瓦的车载氟化氘激光器和一台70厘米直径

的定向器或跟踪器组成。典型的系统反应时间约1秒，发射率为20～50次/分钟，这种设

计用于拦截重力加速度过载达100g的机动目标，而且一旦锁定目标就能利用激光照射目

标直至将其摧毁。烟、霾等其它战场上的气流不会造成影响光束质量的热晕。恶劣气候

条件至多会使杀伤目标所需的激光辐射时间比晴朗时的1秒略长0.1秒。它主要用于对付

10千米距离内的低空来袭隐身目标。试验证明，该系统可严重摧毁4千米远的来袭导弹的

雷达整流罩，并能严重破坏10千米远的光学系统，杀伤概率为100％。该系统目前已解决

了适装问题，可根据需要进入工程制造阶段。
　 3、天基化学激光武器系统
　 天基化学激光武器系统是部署在地球轨道上的组合式激光武器战斗站，是美国弹道导

弹防御局支持发展的战略防御激光武器，它主要用于摧毁战略弹道导弹以及其它各种弹

道导弹，最终目标是在空间部署24颗卫星构成的星座，可对全球提供连续覆盖。这种天

基化学激光武器系统由连续波氟化氢化学激光器、发射望远镜和光束控制系统三部分组

成，目前正在进行一系列模拟空间环境的地基试验，演示高能激光器、光学系统、扩束

镜和光束控制系统的综合性能。此后，将该系统的三部分组件按所需比例放大，以求达

到作战平台所需的功率水平。预计供作战使用、携带激光武器卫星将在1300千米的高空

运行，有效射程达4000～5000千米，可摧毁9～11千米高空的弹道导弹，单个卫星可覆盖

10％的地球表面。
　 4、战区防御机载激光武器系统
　 该系统是美国空军目前正在积极研制的用于战区弹道导弹助推段拦截的激光武器，也

是美国目前最大的定向能武器发展计划。全套系统主要由飞机平台("波音747－400"飞机

)、传感器系统(无源红外传感器)、高能激光武器装置(氧碘化学激光器)、瞄准与跟踪系

统(光束控制)组成。目前，该系统的研制工作已由空军交付洛克希德·马丁公司完成。

预计该系统采用14个激光器模块，每个模块的输出功率达数百千瓦，从而满足2000～30

00千瓦的作战要求。按照美空军提出的要求，最终的机载激光武器系统主要用于战区弹

道导弹防御，以求在导弹的助推段将其击毁；同时，它还应具有攻击低轨道卫星、敌方

战斗机、巡航导弹等目标的能力。整套武器系统将安装在"波音747－400"飞机上，飞行

高度为12千米，激光武器的射程为300～580千米，可进行30次，每次持续5秒的激光发射

。预计2002年部署第一架演示型飞机，2006年、2008年分别部署3架、7架作战攻击型激

光飞机，组成一个完整的机群，具有对单个战区提供弹道导弹防御的能力。



--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝

※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.162]