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（古希臘軍隊）

激光器的生產對現代科學界來講算是個新生事物。第一臺激光器是在二十世紀六十年代開發(fā)的，代表了國際軍事戰(zhàn)爭態(tài)勢激烈變化的開始；二十世紀七十年代末和八十年代也是努力將激光器發(fā)展成為武器系統(tǒng)的繁忙時期。各大軍事大國的軍事和工業(yè)部門都在努力掌握高功率激光技術、光束控制技術和自適應光學。

（激光武器）

1999年，美國國防部正式承認激光器是未來的武器，并開始研發(fā)（R＆D）。2000年，聯合高能激光技術辦公室成立，旨在將所有的激光技術結合在一起，開發(fā)出可供戰(zhàn)士使用的完整的激光武器系統(tǒng)。

一般來說，激光武器是功率超過50千瓦到兆瓦，可用于對付敵人的任何激光，這比商用激光器的功率大得多。 因此，激光武器需要更多的支持需求，包括：

• 環(huán)境和人員安全

  Environmental and personnel safety

• 鏡面涂層

  Mirror coatings

• 低溫要求

  Chilling requirements

• 電源要求

  Power requirements

• 激光燃料儲存

  Laser fuel storage

• 校準和跟蹤要求

Alignment and tracking requirements

化學激光器

1960年，第一臺激光器（紅寶石激光器）建成，但功率很小，此后是更多的激光技術開始發(fā)展起來。1965年，伴隨著美國國防部開始研究和開發(fā)更強大的武器應用激光器，第一臺化學激光器，氟化氫（HF）建成，功率1千瓦。隨后，1968年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的基線演示激光器產生了100千瓦的功率；1975年，海軍 - ARPA化學激光器（NACL）產生了250千瓦的功率。

（第一臺紅寶石激光器由研究物理學家Theodore H. Maiman于1960年研發(fā)）

固體激光器

固體激光器就是用固體激光材料作為工作物質，一般采用光學透明的晶體或者玻璃作為基質材料，摻以激活離子或者其他激活物質等構成，主要有紅寶石激光器、釹玻璃激光器和Na... YAG激光器。其中，玻璃激光工作物質容易制成均勻的大尺寸材料，用于高能量或高峰值功率激光器，但熒光譜線較寬，熱效能較差，不適合在高平均功率下工作。而晶體激光物質具有良好的熱性能和機械性能，且有窄的熒光譜線，但不易獲得大尺寸材料的晶體。固體激光使用晶體或是玻璃作為激光介質，依靠電能驅動，結構緊湊，成本低，用途廣泛，適應性強，適合緊湊型武器系統(tǒng)。盡管固體激光器不能像化學激光器那樣可以達到兆瓦級的功率，但它們還有一個很大的優(yōu)點，就是比化學激光器更容易穿透大氣。

（不同基質材料的固體激光器的特點）

化學激光器

化學激光武器是激光武器中最成熟的類型，它利用工作物質的化學反應所釋放的能量激勵工作物質產生激光，例如以氟化氮作為氧化劑使得乙烯燃料在燃燒室內發(fā)生燃燒，在燃燒室的下游，氖氦混合氣體被注入燃燒后的尾氣中，產生自由的DF分子，這些分子在激光器的諧振腔內受激發(fā)后，產生激光。目前常見的化學激光武器有氧-碘激光武器、氟化氫激光武器、氟化氖激光武器等。目前氧碘化學激光武器裝置技術的研究重點是提高效率和輕型設計，以便減輕系統(tǒng)重量和改進作戰(zhàn)適用性。研究盡可能利用塑料代替金屬，同時研究燃料的再循環(huán)工作問題。

20世紀80年代中期開發(fā)的中紅外高級化學激光器（MIRACL）是美國研發(fā)化學激光器的重點項目。 MIRACL產生的是連續(xù)波，中紅外（3.8-μ）激光，其操作類似于燃料（乙烯，C2H4）用氧化劑（三氟化氮，NF3）燃燒的火箭發(fā)動機。光束可以被引導到許多不同的測試區(qū)域或SEA LITE光束導向器進行測試。

20世紀80年代中期，在新墨西哥州白沙導彈靶場的陸軍高能激光系統(tǒng)試驗設施（HELSTF）中，MIRACL項目的激光和光束導向器被整合在一起。 整合之后，在以下領域進行了廣泛的測試：

高功率光學組件和波束調節(jié)：

• 光束控制技術

• 高功率傳播

• 目標受到傷害和脆弱性

• 瞄準殺傷力

MIRACL支持的測試包括：

• 飛行無人機（BQM-34）

• 帶有飛行無人機的常規(guī)防衛(wèi)計劃

• 使用防暴導彈進行高速目標測試

• 飛行無人機進行高空目標測試

• 使用1.5米孔徑的導彈和羽流測試

• 放射性校準的圖像和光譜輻射測量

這些成功的測試使得許多人認為MIRACL是海軍激光武器系統(tǒng)（LWS）之前海軍開發(fā)的第一個也是唯一一個成功的激光武器系統(tǒng)。

氣體激光器

氣體激光器利用氣體作為工作物質產生激光的器件。它由放電管內的激活氣體、一對反射鏡構成的諧振腔和激勵源等三個主要部分組成（圖1）。主要激勵方式有電激勵、氣動激勵、光激勵和化學激勵等。其中電激勵方式最常用。在適當放電條件下，利用電子碰撞激發(fā)和能量轉移激發(fā)等，氣體粒子有選擇性地被激發(fā)到某高能級上，從而形成與某低能級間的粒子數反轉，產生受激發(fā)射躍遷。氣體激光器結構簡單、造價低，操作方便，工作介質均勻，光束質量好以及能長時間較穩(wěn)定地連續(xù)工作。

二氧化碳激光器屬于氣體系列。 這些激光器是最早的，真正的高功率激光器，并且一直是用于高能激光（HEL）武器研發(fā)的最重要的激光器之一。 在工業(yè)中，更強大的CO2激光器用于焊接，鉆孔和切割。二氧化碳激光器已被研究用作非致命武器。氣體動力激光器（GDL）是一種基于分子振動態(tài)松弛速度差異的CO2激光器。 激光介質的氣體具有這樣的性質：能量較低的振動狀態(tài)比較高的振動狀態(tài)放松得更快; 從而在特定的時間內實現人口反轉。

（工程師在NKC-135機載激光實驗室安裝后檢查氣體動力激光器）

（化學/氣體激光器的特點）

光纖激光器

FOL采用摻雜光纖作為增益介質。與SSL相似，FOL的輸出與摻雜的稀土元素有關。近年來，隨著激光二極管泵浦技術和雙包層摻雜光纖制造工藝的進步，光纖激光器煥發(fā)出蓬勃生機。與常規(guī)光纖不同，雙包層光纖多了一個用來傳輸泵浦光的內包層。內包層的橫向尺寸和數值孔徑都比光纖纖芯大得多。采用雙端泵浦方式，泵浦光進入內包層中反射并多次穿過纖芯被摻雜的稀土金屬離子吸收。

FOL輸出功率的大小在很大程度上取決于泵浦技術的發(fā)展，當前利用更為先進的并行側向泵浦技術將多個泵浦二極管激光器輸出的泵浦光同時耦合進入到光纖的內包層，再加之分叉形光纖的使用，可方便地對其進行級聯，進一步增大了激光器的輸出功率。當前，單模光纖激光器的輸出功率已經達到了10kW以上。

IPG CW光纖激光器，其產生適度的光束質量，通過熱加熱和燒穿導致材料和部件的損壞。 海軍水面作戰(zhàn)中心Dahlgren分部（NSWCDD）購買了八臺商用5.5千瓦IPG激光器，每個機柜內安裝兩個多模（七光纖）激光器。 這種類型的激光器由于柔性光纖而易于安裝。

（IPG CW Fiber Laser System）

其他激光器

還有其他類型的激光器不一定適合化學或固態(tài)類別，這些包括半導體激光器和自由電子激光器。

自由電子激光器（FEL）利用自由電子的受激輻射，把電子束的能量轉換為激光。具體實現是電子從原子脫離后，通過線性加速器加速到高能態(tài)，這些高能態(tài)電子被導入到擺動器，迫使它們以光子的形式釋放出能量，當光子進入諧振腔后，光子在諧振腔兩端的反射鏡之間來回運動，并激發(fā)出更多相同頻率的光子，最后形成一簇連續(xù)的光束發(fā)射出去。

（自由電子激光武器艦載平臺安裝及光束定向器）

美國海軍研究實驗室（ONR）從1996年開始自由電子激光器的研制，2004年激光器功率已經到了10kW，2007年達到25 kW，并于2010年完成了100kW級自由電子激光器的初步設計方案。兆瓦級自由電子激光武器能裝備于新一代的全電戰(zhàn)艦上，為美國海軍提供全面的打擊和防御能力。自由電子激光武器的艦載應用要求緊湊型的矩形激光器模塊。整個系統(tǒng)將被安置在船體中部，以減小光束傳輸系統(tǒng)模塊的彎曲效應，并采用超導射頻加速器驅動自由電子激光器，兩臺安裝在船身中部的光束定向器提供封鎖艦船所需的360°覆蓋。