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　　自年世界上第一臺半導(dǎo)體激光器發(fā)明問世以來，半導(dǎo)體激光器發(fā)生了巨大的變化，極大地推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被認(rèn)為是二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，近十幾年來，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展更為迅速，已成為世界上發(fā)展最快的一門激光技術(shù)。半導(dǎo)體激光器從最初的低溫(77K)下運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)展到室溫下連續(xù)工作，由小功率型向高功率型轉(zhuǎn)變，輸出功率由幾mW提高到kW級(陣列器件)。激光器的結(jié)構(gòu)從同質(zhì)結(jié)發(fā)展成單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、量子阱(單、多量子阱)等270余種形式。制作方法從擴(kuò)散法發(fā)展到液相外延(LPE)、氣相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化合物氣相淀積(MOCVB)、化學(xué)束外延(CBE)以及它們的各種結(jié)合型等多種工藝。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。

　　由于半導(dǎo)體激光器的體積小、結(jié)構(gòu)簡單、輸入能量低、壽命較長、易于調(diào)制及價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使得它目前在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，它作為一種很有潛力的光源，已受到各國軍方的高度重視。以美國為例，美國國防部、宇航局、各軍兵種以及國家實驗室等20多個部門都在為武器裝備研制高功率半導(dǎo)體激光器，使得美國在這一領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。隨著新型半導(dǎo)體材料不斷涌現(xiàn)、半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的不斷完善和半導(dǎo)體激光器應(yīng)用的日益開拓，半導(dǎo)體激光器研究也取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。20世紀(jì)80年代開展了半導(dǎo)體激光器陣列的研究，最初主要集中在鎖相陣列上，以求獲得窄的衍射極限光束。這個工作一直到共振漏波耦合陣列出現(xiàn)才取得突破性進(jìn)展。

　　后來大功率半導(dǎo)體激光陣列成為目前應(yīng)用范圍最廣泛的陣列器件。半導(dǎo)體激光列陣以激光條為基本單元，由于輸出功率大、工作電流大、損耗熱大，所以在器件優(yōu)化上有一定的技術(shù)難點(diǎn)，要兼顧波長、發(fā)散角、閾值、效率等參數(shù)，因激光條與單元器件的管芯不同，它要求高均勻性、大面積，低缺陷密度的外延材料生長技術(shù)。根據(jù)量子阱激光器理論，通過對激光器的材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計來滿足閾值、波長、效率、發(fā)散角的要求，通過采用橫向隔離技術(shù)來解決發(fā)光單元之間的干擾近年來，高功率半導(dǎo)體激光器陣列器件也得到了飛速的發(fā)展，已推出產(chǎn)品有連續(xù)輸出功率5W、10W、15W、20W 和30W的激光器陣列。脈沖工作的激光器，峰值輸出功率50W、120W、1500W和4800W的陣列也已經(jīng)商品化。一個4.5cm×9cm的二維陣列，其峰值輸出功率為350KW的二維陣列問世。

　　美國是半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)開發(fā)應(yīng)用較早、進(jìn)展最快的國家。日本、英國和德國的西門子公司早在1988-1989年就提供了高功率半導(dǎo)體激光器系列產(chǎn)品用作泵浦光源，目前國外用半導(dǎo)體激光器疊層陣列泵浦Nd;YAG激光器，輸出功率達(dá)到1000W，預(yù)示著在軍事裝備領(lǐng)域應(yīng)用的半導(dǎo)體激光技術(shù)將產(chǎn)生巨大變革。

　　半導(dǎo)體激光雷達(dá)

　　早在70年代，半導(dǎo)體激光雷達(dá)采用合作目標(biāo)探測，就已用于艦船入港時避障和防撞，空間會合和高速或超高速干道上車輛的測距。例如美國國際電話公司在1967 年就研制出了第一代用于飛船交會制導(dǎo)的GaAs 掃描激光雷達(dá)，1977年研制出了第二代，作用距離90km，這種飛船載雷達(dá)機(jī)動性好，總重量為18kg。半導(dǎo)體激光雷達(dá)已用于衛(wèi)星對接系統(tǒng)，該雷達(dá)系統(tǒng)由幾個子系統(tǒng)組成，一部分安裝在第一衛(wèi)星上，另一部分安裝在第二個衛(wèi)星上。此外，在1977年之前美國就開發(fā)出了一種便攜式GaAs激光雷達(dá)，它用GaAs激光器照明。進(jìn)入80年代以后，非合作目標(biāo)探測的半導(dǎo)體激光雷達(dá)發(fā)展起來并用于航天飛機(jī)回收衛(wèi)星時的精確定位等。在海灣戰(zhàn)爭中，半導(dǎo)體激光雷達(dá)曾用于直升機(jī)在甲板上的起降控制和防止直升機(jī)夜間飛行中與沙丘碰撞。研制這種半導(dǎo)體激光雷達(dá)有美國Laser Technology和Laser Atlata等公司。此外，美國的休斯公司、Schwatz公司、Sparta公司、洛雷爾系統(tǒng)公司以及法國的湯姆遜公司等在80年代末至90年代初還分別研制出半導(dǎo)體激光成像雷達(dá)，用于戰(zhàn)場偵察、低空飛行器下視和防撞以及主動激光制導(dǎo)等。半導(dǎo)體激光雷達(dá)已成功地用于常規(guī)兵器。

 　　美國桑迪亞國家實驗室受到高功率半導(dǎo)體激光器發(fā)展的推動，研制了一種125mW半導(dǎo)體激光的測距、成像激光雷達(dá)。它能夠以4次/s 的速度更新圖像，相當(dāng)清晰地區(qū)分裝甲車的類型和人、車之間距離，可用為常規(guī)兵器自動目標(biāo)識別和瞄準(zhǔn)修正系統(tǒng)的組成部分，也可作為機(jī)器人的視覺系統(tǒng)以及自主飛行器的控制系統(tǒng)。新型半導(dǎo)體激光雷達(dá)除了具備上述半導(dǎo)體激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)外，還具備以下特性;(1)與被動探測(紅外系統(tǒng))相結(jié)合;(2)多種成像功能，包括強(qiáng)度成像、距離成像和速度成像;(3)具有先進(jìn)的實時圖像處理功能，包括各種成像的綜合、圖像跟蹤和目標(biāo)的自動識別等。美國桑迪亞國家實驗室，研制了一種125mW半導(dǎo)體激光的測距、成像激光雷達(dá)，它能夠以每秒4次的速度更新圖像，相當(dāng)清晰地區(qū)分裝甲車的類型和人、車之間距離，可作為常規(guī)兵器自動目標(biāo)識別和瞄準(zhǔn)修正系統(tǒng)的組成部分，也可作為機(jī)器人的視覺系統(tǒng)以及自主飛行器的控制系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光雷達(dá)體積小、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、測速精度高，它是繼1.06μm 固體激光裝置以后，第二個率先在實踐中應(yīng)用的光電武器。隨著高重復(fù)頻率高功率半導(dǎo)體二極管陣列激光器的實用化，又出現(xiàn)了24通道實時成像二極管陣列激光成像，對目標(biāo)的最大測程為500m，幀頻為3Hz，具有偽彩色和灰度反射強(qiáng)度圖像的實時顯示以及實時目標(biāo)分類和瞄準(zhǔn)點(diǎn)確定等功能。非掃描成像半導(dǎo)體激光雷達(dá)能同時進(jìn)行被動強(qiáng)度成像(即不用激光照射時的成像)和主動強(qiáng)度成像(即主動照明時的成像)，還可進(jìn)行強(qiáng)度成像和速度成像。而且由于焦平面陣列器件的采用使各種成像的速率都非常高。這就為先進(jìn)的實時圖像處理提供了先決條件，這也是掃描半導(dǎo)體激光雷達(dá)所達(dá)不到的。

　　半導(dǎo)體激光測距二極管

　　激光測距儀開發(fā)較早，小于1km測量距離的商用測距儀已達(dá)到實用水平，用于測距報警系統(tǒng)、航海浮標(biāo)測距、集裝箱檢查等。GaAs激光測距儀以數(shù)千次/s 的脈沖重復(fù)頻率工作，在距離幾公里內(nèi)精度可達(dá)幾厘米。80年代，美國科頓公司的M931 型半導(dǎo)體激光測距夜視儀，將單目夜視裝置和GaAs半導(dǎo)體激光器集為一體，測程超過1km ，重量1.3kg 。美國國際激光系統(tǒng)公司GR500 型激光測距機(jī)，采用GaAs 激光器，重復(fù)頻率為2kHz ，脈寬40nS ，發(fā)散角5 ～50mrad ，測3230m ，重量10kg 。美國輕型反坦克武器激光測距機(jī)采用GaAs激光器，輸出功率40W ，寬70ns , 發(fā)射角10 mrad ，重復(fù)頻5 .7kHz ，測距大于500m 。隨著半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器的發(fā)展，美國麥道公司已將它引入軍事市場，1990 年初開始在F / A -18 戰(zhàn)斗機(jī)上進(jìn)行試驗，1991 年春季投入生產(chǎn)。用氣冷的激光二極管泵浦Nd;YAG ，輸出波長為1.064μm或532nm ，脈沖能量達(dá)200mJ ，工作溫度-35 ℃～+60 ℃，該裝置的重量為4 .5kg - 5 .7 kg。

　　半導(dǎo)體激光制導(dǎo)跟蹤

　　半導(dǎo)體激光制導(dǎo)跟蹤激光制導(dǎo)跟蹤在軍事上具有十分廣泛的應(yīng)用，一種方法是光纖制導(dǎo)通過一根放出的光纖把傳感器的信息傳送到導(dǎo)彈控制器，觀察所顯示的圖像并通過同一光纖往回發(fā)送控制指令，以達(dá)到控制操縱導(dǎo)彈的目的。

　　最近，美國陸軍航空與導(dǎo)彈司令部正在研制射程為15km的增強(qiáng)型光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈和可在100km以上遠(yuǎn)距離實施精確打擊的遠(yuǎn)程光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈。激光制導(dǎo)的另一種方法是駕束制導(dǎo)，又稱激光波束制導(dǎo)。從制導(dǎo)站的激光發(fā)射系統(tǒng)按一定規(guī)律向空間發(fā)射經(jīng)編碼調(diào)制的激光束，且光束中心線對準(zhǔn)目標(biāo)。在波束中飛行的導(dǎo)彈，當(dāng)其位置偏離波束中心時，裝在導(dǎo)彈尾部的激光接收器探測到激光信號，經(jīng)信息處理后，彈上解算裝置計算出彈體偏離中心線的大小和方向，形成控制信號。再通過自動駕駛儀操縱導(dǎo)彈相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，使其沿著波束中心飛行，直至摧毀目標(biāo)為止，激光駕束制導(dǎo)可用于地-空，空-空，地-地導(dǎo)彈等多種類型的導(dǎo)彈制導(dǎo)，瑞典RBS-700地-空導(dǎo)彈是世界上第一個激光駕束制導(dǎo)武器系統(tǒng)，1967年開始研制，1975年投入生產(chǎn)，1976年裝備部隊。該彈采用GaAs激光器，導(dǎo)彈射程5km(即半導(dǎo)體激光器作用距離)，射高3km，激光器與導(dǎo)彈射程完全匹配。改進(jìn)后的第二代武器系統(tǒng)，射程可增加到6.5km，射高4.5km，增加了紅外夜視裝置，可在10km 處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。美軍從1981年開始研制利用半導(dǎo)體激光器制導(dǎo)的導(dǎo)彈，已用于TOW 反坦克導(dǎo)彈、FOG-M導(dǎo)彈。

　　半導(dǎo)體激光瞄準(zhǔn)和告警瞄準(zhǔn)

　　半導(dǎo)體激光瞄準(zhǔn)和告警瞄準(zhǔn)具有兩類。一類以發(fā)射紅外激光的GaAs激光器為基礎(chǔ)，士兵須佩戴夜視鏡才能看到目標(biāo)上的激光光斑，以解決夜間士兵的瞄準(zhǔn)射擊問題。另一類激光瞄準(zhǔn)具是以發(fā)射紅色激光和可見光的半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)。美國激光裝置公司在80年代推出的FA-4型激光瞄準(zhǔn)具，重量僅99g，長11.4cm，該瞄準(zhǔn)具可裝在手槍上。

　　在海灣戰(zhàn)爭中，美國部隊已將激光瞄準(zhǔn)具和激光告警同時用于直升飛機(jī)的駕駛上。另外，美國已將供地面使用的激光二極管瞄準(zhǔn)具裝在直升機(jī)機(jī)槍上，并配用夜視眼鏡，以提高這些武器的效能。在半導(dǎo)體二極管陣列型激光告警系統(tǒng)中，借鑒雷達(dá)對抗信號分選原理，采用微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)多激光威脅源的信號處理。在海灣戰(zhàn)爭中，美國部隊已將激光瞄準(zhǔn)具和激光告警同時用于直升機(jī)的駕駛上，由于在沙漠中反差變化小，不利于低空飛行，為駕駛員提供快速的定位裝置，是在起落架中增設(shè)了兩個脈沖激光二極管瞄準(zhǔn)燈，駕駛員使用的夜視裝置可以看到激光的反射，給駕駛員提供距沙丘300～600m 的明確標(biāo)示，足以使駕駛員采取規(guī)避動作，安全地通過任何凸起地形，為滿足不同波長激光和可調(diào)諧激光器的探測要求，激光告警的工作波段不斷拓展，角分辨率也不斷提高，研制的雙波段型復(fù)蓋的波段可從0.45～1.65μm，這種設(shè)備已在“豹”型坦克上作了實驗，并于1988年在直升機(jī)上進(jìn)行雙波段設(shè)備的實驗，美國研制的AN/AVR-2A告警器具有附加的RS-422接口，可在直升機(jī)上配用不同顯示器，也可通過接口卡，方便地與先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)紅外對抗(ATRCM)和先進(jìn)技術(shù)雷達(dá)干擾機(jī)(ATRJ)等對抗系統(tǒng)相組合，它用來裝備阿帕奇AH-64直升機(jī)和英軍的新型攻擊直升機(jī)，并在海灣戰(zhàn)爭和最近的伊拉克戰(zhàn)爭中使用。

　　半導(dǎo)體激光引信

　　半導(dǎo)體激光引信半導(dǎo)體激光器是唯一能用于彈上引信的激光器，激光近炸引信可以準(zhǔn)確地確定起爆點(diǎn)，使彈頭適時起爆，激光發(fā)射裝置與接收裝置均置于彈的頭部，當(dāng)彈丸接近目標(biāo)到最佳炸點(diǎn)時，反射激光信號強(qiáng)度就達(dá)到一定程度，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行起爆任務(wù)，保險和自炸機(jī)構(gòu)是引信獨(dú)有的，炸彈一旦未捕獲或失丟目標(biāo)以及引信失靈后，自炸機(jī)構(gòu)可以引爆彈丸自毀。根據(jù)功能分類，近炸引信可分為光學(xué)引信和磁引信以及其它引信(復(fù)合引信與指令引信)。光學(xué)引信又包括紅外引信(被動式)和激光引信(主動式)。

 　　激光引信是通過輻射的激光光束(近紅外線)，探測物質(zhì)反射回來的光而工作的一種引信。70年代美國就出現(xiàn)了2.75in 的火箭彈用激光引信、“獵鷹”導(dǎo)彈和“小槲樹”導(dǎo)彈用激光引信、AIM-9L“響尾蛇”導(dǎo)彈用DSU-15/B型激光引信。1977年英國研制了一種帶有GaAs激光二極管的對空導(dǎo)彈近炸引信。1980年以來，美國AGM-88A型高速反雷達(dá)導(dǎo)彈、美國和瑞士聯(lián)合研制的ADATS防空—反坦克導(dǎo)彈、美國M16A步槍發(fā)射的槍榴彈，以及瑞典RDS-70導(dǎo)彈、法國“馬特拉”導(dǎo)彈都采用了半導(dǎo)體激光引信。目前，美國麥道公司還開發(fā)了一種通過光纖把激光二極管的激光能量與武器連為一體的利用激光能量觸發(fā)武器起爆的裝置。這種微型激光起爆混合組件把二只激光二極管裝在2×1×0.23in3的混合電路管殼內(nèi)，重量僅22g。選用的激光二極管為窄光束大功率器件，額定功率5W，脈寬10ns，光纖直徑125μm，典型武器起爆要求功率最小為250mW，典型設(shè)計額定為400mW，例行試驗壽命大于200萬個脈沖。

　　半導(dǎo)體激光武器模擬

　　半導(dǎo)體激光武器模擬激光模擬主要是以半導(dǎo)體激光為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型軍訓(xùn)、演習(xí)技術(shù)。通過調(diào)節(jié)激光射束、周期和范圍以達(dá)到模擬任何武器特征的目的。用對眼睛安全的激光器作為戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)，最初叫做激光交戰(zhàn)系統(tǒng)(LES)。該系統(tǒng)研制始于1973年秋，至1975年其可行性得到了證實。次年引進(jìn)微處理機(jī)技術(shù)，于是LES.發(fā)展成為多功能激光交戰(zhàn)系統(tǒng)(MILES)。同年，賽羅克斯電光系統(tǒng)公司接受了全套MILES。工程的研制合同，向陸軍提供8萬多套裝備，用于地面作戰(zhàn)模擬。此外該公司還研制了空對地作戰(zhàn)系統(tǒng)以及MILES空防樣機(jī)?，F(xiàn)在全世界有美、英、瑞典三國出售MILES系統(tǒng)。北約國家、以色列、阿根廷、俄羅斯、中國都在開發(fā)。該系統(tǒng)將是LD 和PD 的巨大市場。

　　軍用光纖陀螺光纖陀螺技術(shù)

　　是軍用光纖領(lǐng)域中用途最廣，對目標(biāo)監(jiān)視和測量方面不可缺少的技術(shù)手段。光纖陀螺儀由于其精度高、質(zhì)量輕、可靠性優(yōu)于機(jī)械陀螺和激光陀螺，在軍用民用光纖通信、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、制導(dǎo)魚雷、發(fā)射遙控飛行器和布雷等方面不可缺少，其中聲響用于反潛武器，旋轉(zhuǎn)用于改善戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和飛機(jī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，以加強(qiáng)地面或空中發(fā)射的巡航導(dǎo)彈及空-地、地-空導(dǎo)彈的性能。目前，美國、日本和德國等已有40 多個實驗室專門從事光纖陀螺的研究工作，第一代光纖陀螺儀早已投入生產(chǎn)，少數(shù)產(chǎn)品已投入實戰(zhàn)演習(xí)和裝備部隊。

　　除上述之外，半導(dǎo)體激光器還在制作光纖傳感器液晶光閥和激光二極管原子鐘等方面，也有廣泛的軍事應(yīng)用前景。經(jīng)過近幾年來的開發(fā)，我國高功率半導(dǎo)體激光器的研制和生產(chǎn)技術(shù)已有了一些基礎(chǔ)和實力，但與國際迅猛發(fā)展的勢頭相比，我們還有一定的差距。要開發(fā)實用化的高功率半導(dǎo)體激光器，趕上國際先進(jìn)水平，仍需要作出很大的努力。