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高功率光纖激光器即將在軍事領(lǐng)域大展身手

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發(fā)表于 2015-11-21 19:11:27 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
美國空軍計(jì)劃2017年對(duì)洛馬研制的3萬瓦光纖激光系統(tǒng)進(jìn)行的驗(yàn)證,是一個(gè)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(yàn)證中已經(jīng)超過10萬瓦,技術(shù)成熟度較高,被軍方認(rèn)為是潛在的、可實(shí)現(xiàn)盡早部署的定向能武器。* Y$ w9 r6 o. _. ^9 Y. C" q
        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(jià)值2500萬美元的合同,用于制造和試驗(yàn)?zāi)K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(dòng)驗(yàn)證機(jī)(HEL MD)上。洛馬公司的高級(jí)研究員Rob Afzal 表示,“我們公司將在2016年底向用戶交付激光器!敝,洛馬公司利用內(nèi)部資金制造了一個(gè)功率3萬瓦的激光系統(tǒng),在保持波束質(zhì)量和電驅(qū)效率的同時(shí),驗(yàn)證用多個(gè)光纖激光器合成波束的可行性。Afzal介紹,模塊化技術(shù)能夠?qū)⒓す馄鬟M(jìn)行規(guī)模集成,提升功率級(jí)別達(dá)10萬瓦以上;在2017年的演示結(jié)束后,陸軍計(jì)劃僅僅是通過增加激光器模塊,將HEL MD升級(jí)到10萬瓦。! O4 c! D, v' E
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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(jí)泵浦形成的長時(shí)間光學(xué)光纖而生成的激光波束,具有更高質(zhì)量的波束、更高效的電動(dòng)效率,但功率量級(jí)卻低一些。光纖激光的波束由多個(gè)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(dá)到了40%,降低了整個(gè)武器系統(tǒng)對(duì)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(zhì)量更高,從而能夠在更遠(yuǎn)的距離范圍外,向目標(biāo)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?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)的“射擊-觀測-射擊”。洛馬采用的是光譜波束合成技術(shù)。每一個(gè)光纖激光模塊的輸出,波長會(huì)有些稍微的不同。衍射格柵通過將波束一個(gè)在一個(gè)上面地排列進(jìn)行波束合成,形成一個(gè)單頻的高功率波束,類似棱柱分解光的逆過程。
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6 r2 b* T* r' Z& G$ a% u        與其它高功率激光器采用的一致波束合成技術(shù)相比,光譜波束合成技術(shù)能獲得最高的“桶中功率”效率;“桶中功率”效率是一種波束質(zhì)量測量方法,是投送至目標(biāo)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(huì)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生效果;同相意味著高效,但會(huì)增大復(fù)雜性。我們認(rèn)為,這種類型的功率和戰(zhàn)術(shù)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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3萬瓦的“阿拉丁”演示系統(tǒng)有大約100個(gè)光纖激光模塊。陸軍6萬瓦原型機(jī)所包括的光纖激光器,數(shù)量更少、功率級(jí)別更高。Afzal解釋到,“幾乎一個(gè)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(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)!泵恳粋(gè)激光器模塊的末端,是一個(gè)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(gè)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。
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        演示系統(tǒng)的目標(biāo)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(shù)平臺(tái)上,功率超過10萬瓦。安裝于卡車的HEL MD,已經(jīng)對(duì)1萬瓦的、工業(yè)化光纖激光器,試驗(yàn)了其對(duì)迫擊炮和無人機(jī)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(yàn)證后,計(jì)劃于2022年進(jìn)行10萬瓦激光武器系統(tǒng)的試驗(yàn)。, o9 ~6 [' B2 K6 S" K

5 W$ C2 `' G* _+ _        洛馬自主進(jìn)行光纖激光器的研制,是出于對(duì)高波束質(zhì)量的需求,但所采用的元件是商用光學(xué)光纖和泵浦二極管等。激光器領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了兩項(xiàng)變革:遠(yuǎn)程通信和工業(yè)化切割/焊接。洛馬充分運(yùn)用了這兩項(xiàng)變革技術(shù),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(dá)每光纖1萬瓦,但波束質(zhì)量不適用于波束合成。到目前為止,激光武器的大多數(shù)點(diǎn)火試驗(yàn),使用的都是商用激光器,但是能夠通過在一個(gè)公共點(diǎn)瞄準(zhǔn)多個(gè)波束,也就是通過部分重疊實(shí)現(xiàn)功率增大。美國海軍3萬瓦激光武器系統(tǒng)的原型機(jī)就是這么處理的,該原型機(jī)已經(jīng)在部署于波斯灣的兩棲船塢運(yùn)輸艦“龐塞”號(hào)上進(jìn)行了部署,開展作戰(zhàn)評(píng)估。4 J! R6 C6 [, z" ^1 V! p: n

% N3 N- l% m. `9 d“雅典娜”武器原型機(jī),采用了“阿拉丁”光纖激光器,在試驗(yàn)中使一輛卡車的發(fā)動(dòng)機(jī)失效。 模塊化光纖激光器的優(yōu)勢(shì)是,規(guī)模可變、易于冷卻和包裝。采用模塊化設(shè)計(jì)時(shí),可以通過在機(jī)架上增加更多的模塊,變化規(guī)模、增大功率。每一個(gè)模塊均單獨(dú)冷卻;增加模塊,就相應(yīng)增大冷卻系統(tǒng)的規(guī)模,但復(fù)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(huì)遇到規(guī)模調(diào)整問題,當(dāng)激光器的功率增大、平板尺寸更大時(shí),無法解決熱的冷卻問題。
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6 N1 [; E. z) {4 O: |: m) m: Q        模塊包裝的靈活性,是光纖激光器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。模塊可以垂直或水平架放,或者放在兩個(gè)機(jī)柜中。所有模塊相互獨(dú)立,光纖發(fā)送功率?哲娧芯繉(shí)驗(yàn)室(AFRL)目前正在為第六代戰(zhàn)斗機(jī)尋求激光武器系統(tǒng);在第六代戰(zhàn)斗機(jī)上,激光器模塊將在整個(gè)飛機(jī)上呈分布式安裝,波束由牢牢穿越機(jī)體的光纖進(jìn)行傳送,所有光纖在機(jī)身表面形成一個(gè)共形陣。
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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(shù)應(yīng)用于其它需求。洛馬公司正在尋求如何像陸軍的戰(zhàn)術(shù)平臺(tái)一樣,將激光器系統(tǒng)包裝,為戰(zhàn)艦研制一個(gè)武器模塊或?qū)⑾到y(tǒng)安裝到飛機(jī)的吊艙中。
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一個(gè)潛在的應(yīng)用,是 AFRL 計(jì)劃的自保護(hù)高能激光器驗(yàn)證(“盾”)項(xiàng)目,該項(xiàng)目預(yù)計(jì)很快將發(fā)布征詢!岸堋表(xiàng)目的目標(biāo)是:2020年底,為戰(zhàn)斗機(jī)驗(yàn)證一個(gè)能夠反導(dǎo)的自防御吊艙;2022 年底,研制一個(gè)作用距離更遠(yuǎn)、功率達(dá) 10 萬瓦的系統(tǒng)?哲娤到y(tǒng)將激光器技術(shù)用于自防御吊艙,能夠進(jìn)行功率的規(guī)?s放,對(duì)抗大型飛機(jī)(包括用于特種作戰(zhàn)的武裝運(yùn)輸機(jī))掛裝的進(jìn)攻性武器。3 x- w9 [3 _6 E
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Afzal 表示,“‘盾’項(xiàng)目的技術(shù)水平是我們目前可以達(dá)到的,我們將尋求對(duì)其改進(jìn)已更貼近空軍的要求,但不是下一代系統(tǒng)的概念!辈贿^,關(guān)鍵的問題是光纖激光器技術(shù)與其它固態(tài)電動(dòng)激光器的成熟度比較。陸軍試驗(yàn)的6萬瓦激光器系統(tǒng),將洛馬公司的激光器技術(shù)推進(jìn)到了TRL6,是否能夠達(dá)到TRL7,則取決于如何試驗(yàn)該系統(tǒng)和系統(tǒng)能否進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)交戰(zhàn)。競爭仍在繼續(xù)。6 Y" v( g3 r1 D2 \3 t7 y
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發(fā)表于 2015-11-21 22:34:30 | 只看該作者
期待~~
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發(fā)表于 2015-11-22 07:56:49 | 只看該作者
普通鏡子對(duì)激光的反射能導(dǎo)致激光失效么?
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發(fā)表于 2015-11-22 09:02:09 | 只看該作者
好吧,我只想要把星球大戰(zhàn)里的激光劍
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發(fā)表于 2015-11-30 22:29:04 | 只看該作者
感覺很厲害的樣子

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