高功率光纖激光器即將在軍事領域大展身手

寂靜天花板

美國空軍計劃2017年對洛馬研制的3萬瓦光纖激光系統(tǒng)進行的驗證，是一個重要步驟。不過，與光纖激光器形成競爭的固態(tài)激光器，其功率在驗證中已經(jīng)超過10萬瓦，技術成熟度較高，被軍方認為是潛在的、可實現(xiàn)盡早部署的定向能武器。
        洛馬公司已經(jīng)開始生產(chǎn)光纖激光器模塊，用于功率6萬瓦的激光武器系統(tǒng)。今年4月，洛馬公司獲得價值2500萬美元的合同，用于制造和試驗模塊化激光器，該激光器將集成到陸軍所屬、波音研制的高能激光移動驗證機(HEL MD)上。洛馬公司的高級研究員Rob Afzal 表示，“我們公司將在2016年底向用戶交付激光器。”之前，洛馬公司利用內(nèi)部資金制造了一個功率3萬瓦的激光系統(tǒng)，在保持波束質量和電驅效率的同時，驗證用多個光纖激光器合成波束的可行性。Afzal介紹，模塊化技術能夠將激光器進行規(guī)模集成，提升功率級別達10萬瓦以上;在2017年的演示結束后，陸軍計劃僅僅是通過增加激光器模塊，將HEL MD升級到10萬瓦。
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與利用平板激光晶體作為獲取媒介的固態(tài)激光器相比，通過二級泵浦形成的長時間光學光纖而生成的激光波束，具有更高質量的波束、更高效的電動效率，但功率量級卻低一些。光纖激光的波束由多個光纖高效組合而形成單一的高功率波束。洛馬公司宣稱，該公司研制的激光系統(tǒng)效率達到了40%，降低了整個武器系統(tǒng)對功率生成和冷卻的要求。Afzal表示，基于波束組合的光纖激光器，功率更大、波束質量更高，從而能夠在更遠的距離范圍外，向目標發(fā)射更多的能量。這樣，就能夠提高作戰(zhàn)距離或減少失敗幾率，從而使激光武器系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對多個目標的“射擊-觀測-射擊”。洛馬采用的是光譜波束合成技術。每一個光纖激光模塊的輸出，波長會有些稍微的不同。衍射格柵通過將波束一個在一個上面地排列進行波束合成，形成一個單頻的高功率波束，類似棱柱分解光的逆過程。

        與其它高功率激光器采用的一致波束合成技術相比，光譜波束合成技術能獲得最高的“桶中功率”效率;“桶中功率”效率是一種波束質量測量方法，是投送至目標區(qū)的功率的函數(shù)。Afzal說，“同相陣列的問題是旁瓣;旁瓣功率不會對目標產(chǎn)生效果;同相意味著高效，但會增大復雜性。我們認為，這種類型的功率和戰(zhàn)術使用不是我們所追求的。我們追求的是最簡單、最簡潔的方法。”
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& @: L4 D8 P4 b; M  `+ V3萬瓦的“阿拉丁”演示系統(tǒng)有大約100個光纖激光模塊。陸軍6萬瓦原型機所包括的光纖激光器，數(shù)量更少、功率級別更高。Afzal解釋到，“幾乎一個光纖激光器功率為1千瓦，還能夠增加5-10%的能量。這是光譜波束合成技術的最大優(yōu)點?！泵恳粋€激光器模塊的末端，是一個傳送光纖;該光纖就是波束合成匣的末端。波束合成后的輸出，是一個單頻的高功率波束，該波束被發(fā)送至武器系統(tǒng)的激光波束指揮塔。

        演示系統(tǒng)的目標之一，就是掌握激光器的制造方法并獲得其組元的工作壽命。生產(chǎn)型激光器的模塊，魯棒性更高、易于安裝到戰(zhàn)術平臺上，功率超過10萬瓦。安裝于卡車的HEL MD，已經(jīng)對1萬瓦的、工業(yè)化光纖激光器，試驗了其對迫擊炮和無人機的作戰(zhàn)能量，但是作用距離和殺傷力還有限。在2017年完成6萬瓦系統(tǒng)的驗證后，計劃于2022年進行10萬瓦激光武器系統(tǒng)的試驗。

        洛馬自主進行光纖激光器的研制，是出于對高波束質量的需求，但所采用的元件是商用光學光纖和泵浦二極管等。激光器領域已經(jīng)發(fā)生了兩項變革：遠程通信和工業(yè)化切割/焊接。洛馬充分運用了這兩項變革技術，研制了一類新型的激光器 。商用光纖激光器具有更高的可獲得功率，可達每光纖1萬瓦，但波束質量不適用于波束合成。到目前為止，激光武器的大多數(shù)點火試驗，使用的都是商用激光器，但是能夠通過在一個公共點瞄準多個波束，也就是通過部分重疊實現(xiàn)功率增大。美國海軍3萬瓦激光武器系統(tǒng)的原型機就是這么處理的，該原型機已經(jīng)在部署于波斯灣的兩棲船塢運輸艦“龐塞”號上進行了部署，開展作戰(zhàn)評估。

- j  r% B9 c7 P# b) |" c“雅典娜”武器原型機，采用了“阿拉丁”光纖激光器，在試驗中使一輛卡車的發(fā)動機失效。 模塊化光纖激光器的優(yōu)勢是，規(guī)?？勺?、易于冷卻和包裝。采用模塊化設計時，可以通過在機架上增加更多的模塊，變化規(guī)模、增大功率。每一個模塊均單獨冷卻;增加模塊，就相應增大冷卻系統(tǒng)的規(guī)模，但復雜度并不增加。系統(tǒng)是并行的，而不是串行的。之前，我們常常會遇到規(guī)模調(diào)整問題，當激光器的功率增大、平板尺寸更大時，無法解決熱的冷卻問題。

1 {% F# g4 V- b! G9 e2 u        模塊包裝的靈活性，是光纖激光器的另一個優(yōu)點。模塊可以垂直或水平架放，或者放在兩個機柜中。所有模塊相互獨立，光纖發(fā)送功率?？哲娧芯繉嶒炇?AFRL)目前正在為第六代戰(zhàn)斗機尋求激光武器系統(tǒng);在第六代戰(zhàn)斗機上，激光器模塊將在整個飛機上呈分布式安裝，波束由牢牢穿越機體的光纖進行傳送，所有光纖在機身表面形成一個共形陣。

鑒于已經(jīng)開始為陸軍制造激光系統(tǒng)的緣故，因此，洛馬公司也正在研究如何將光纖激光器技術應用于其它需求。洛馬公司正在尋求如何像陸軍的戰(zhàn)術平臺一樣，將激光器系統(tǒng)包裝，為戰(zhàn)艦研制一個武器模塊或將系統(tǒng)安裝到飛機的吊艙中。

2 O' w0 i( U; Y% S* \7 g8 i一個潛在的應用，是 AFRL 計劃的自保護高能激光器驗證(“盾”)項目，該項目預計很快將發(fā)布征詢?！岸堋表椖康哪繕耸牵?020年底，為戰(zhàn)斗機驗證一個能夠反導的自防御吊艙;2022 年底，研制一個作用距離更遠、功率達 10 萬瓦的系統(tǒng)?？哲娤到y(tǒng)將激光器技術用于自防御吊艙，能夠進行功率的規(guī)?？s放，對抗大型飛機(包括用于特種作戰(zhàn)的武裝運輸機)掛裝的進攻性武器。
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Afzal 表示，“‘盾’項目的技術水平是我們目前可以達到的，我們將尋求對其改進已更貼近空軍的要求，但不是下一代系統(tǒng)的概念。”不過，關鍵的問題是光纖激光器技術與其它固態(tài)電動激光器的成熟度比較。陸軍試驗的6萬瓦激光器系統(tǒng)，將洛馬公司的激光器技術推進到了TRL6，是否能夠達到TRL7，則取決于如何試驗該系統(tǒng)和系統(tǒng)能否進行戰(zhàn)術交戰(zhàn)。競爭仍在繼續(xù)。
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禿鷲007

期待~~

laodongbeiren

普通鏡子對激光的反射能導致激光失效么？

mrplplplpl

好吧，我只想要把星球大戰(zhàn)里的激光劍

樂水623

感覺很厲害的樣子