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1、 北京大学北京大学主办单位：北京大学光电信息协会协办单位：美国光学学会北京大学学生分会庆祝北京大学建校105周年纪念活动光电信息网上大讲堂光电信息网上大讲堂主讲人：刘颂豪 院士本幻灯片由刘颂豪院士制作，未经同意不得非法引用。1刘颂豪院士刘颂豪院士 简介简介 刘颂豪院士是我国著名光学家，是我国激光领域的主要开拓者之一。50年代发明稀土光学玻璃新品种，60年代初研究成功高功率红外连续固体激光器。70年代在激光远距离打靶研究中，取得重要成果。80年代建立我国第一个激光光谱学开放实验室。现创建我国第一个激光生命科学实验室和光孤子实验室。在若干前沿领域中取得创造性成果，多次获得国家、科学院和军队科技奖。
2、先后发表论文400多篇、专著三部。 刘颂豪院士 曾任安徽光机所所长、科学院合肥分院院长、华南师大校长，全国政协委员。现为中国科协全国委员、广东省科协副主席、中国光学学会常务理事。1995年当选为美国光学学会会士(Fellow)，1999年当选为中国科学院院士。2网上大讲堂讲座目录光电子学概论激光武器激光医学光子中医学激光加工与微加工3激光武器 刘颂豪广州 华南师范大学 510631注：光电信息协会对部分内容进行删节第二讲第二讲4 发展激光武器正在成为确保国家安全的一个重要措施 激光武器的发展将带动激光工业的发展5目录激光武器是21世纪国家安全的关键科学技术激光武器概论 我国激光武器的早期研究美
3、国将激光武器研究作为武器发展的主流方向 激光武器发展的估计 6一、激光武器是21世纪国家安全的关键科学技术 经过近40年的激光武器研究， 对于激光武器已经有一个非常明确的认识， 即激光武器的内涵，它的战略和战术目标，它在国防科学技术中的地位和作用以至实现激光武器的技术路线。 7一、激光武器是21世纪国家安全的关键科学技术 从战略上考虑: 激光技术是近代科学技术的领头技术 激光武器属于定向能武器，具有高速、准确、破坏力强、无放射性等特点激光武器是21世纪夺取制空权和控制空间的重要的新概念武器 8一、激光武器是21世纪国家安全的关键科学技术从战术上考虑:从激光器的输出能量及其相应的体积和重量考虑，
4、已经可以实现空载(ABL)和车载激光武器灵活机动的要求。从激光器的高速度和准确性考虑， 可以在敌方导弹发射的初期就将它摧毁， 它可以用于弹道导弹防御、反巡航、反卫星以至飞机和舰只的自卫激光致盲武器还有很大灵活性和隐蔽性。激光用于发射微小卫星和清除空间碎片9二、激光武器概论 激光武器可分为以下五类: 定向能武器:直接用激光器输出的极高能量密度的光束摧毁卫星击落导弹。它高速、准确、无环境污染，是一种理想的武器。 激光模拟核爆: 减少或免除核爆实验10二、激光武器概论激光制导武器:有激光驾束制导和激光半主动制导等激光技术常规武器: 用激光瞄准、激光点火的常规武器激光致盲武器: 破坏人的视力，功率密度
5、相对较小，比较隐蔽。 11二、激光武器概论 激光武器在立体布防上分三个层次， 通常称天基 空基和地基:空基或航天激光武器(Space-based Laser): 主要用于战略目标。 航天激光要求激光功率密度更高，射程更远，对控制精度、稳定性和可靠性都有更高要求，而体积和重量却受到严格的限制。 目前这种激光武器处于单元技术和原器件研究阶段。12二、激光武器概论机载激光武器(Airborne Laser); 这种激光武器容易得到地面的有效支持，有较大的灵活性， 可对抗巡航导弹和攻击地面目标， 是美国优先发展的项目。13二、激光武器概论地基激光武器(舰载武器和车载武器): 可以有很大的灵活性用于战术
6、目标或战略目标。14二、激光武器概论 激光防护技术 激光防护像激光进攻一样是激光武器不可缺少的一部分，是保持卫星通信系统和导弹制导系统正常工作的核心技术。 现代战争对于武器自身的防护变得十分重要了:导弹的制导系统被激光摧毁而失去战斗力。卫星监控系统也因激光损伤而失去作用。 15二、激光武器概论 激光制导系统依靠激光工作，它就不可避免地要通光。控制照射到光敏元件上的受光量就变得非常重要了。就是说光敏元件在保持弱光下高灵敏度的同时自动地作到对强激光的不敏感。 理想的光限幅器在弱光下具有高的透过率而且透过率随光强的增加而迅速降低。这种与光强度相关的透光特性称为光限幅效应。利用光限幅效应可确保进入光敏
7、感元件的光能量低于其破坏阈值。 16二、激光武器概论 光限幅器的基本要求是: 限幅阈值低，响应时间快和动态范围大 17三、我国激光武器的早期研究 我国1965年开始激光武器的基础研究，从1969年起，先后在上海和合肥开展了室外远距离静态打靶实验。到1974年，已经取得可喜的阶段性成果。其标志是研制成功的万焦耳级钕玻璃激光器，能击穿两公里以内 0.2mm铝合金靶，初步掌握了远距离打靶的若干规律及其对各主要单元技术的要求。 18三、我国激光武器的早期研究研究分以下四部分:激光器(含能源装置): 激光波长选择使得大气传输损耗小而对靶材破坏威力大，研制激光器使输出光束质量好， 效率高， 重量轻， 体积
8、小。钕玻璃激光器多级放大系统 1920三、我国激光武器的早期研究发射光学系统与跟踪随动系统: 进一步改善光束质量使在靶面上有更高的能量密度。望远镜发射系统21三个望远镜的主要参数比较600（抛物面）1000（球面）1200（球面）相对孔径D/f1:51:1.81:3主镜焦距f(mm)300018253600放大倍率M57.59.5付镜移动灵敏度(mm)(令Q=5x10-6)0.0750.0170.054主、付镜同心度允许误差(令50(KT) = 5x10-6)4mm0.032mm1.73mm付镜加工精度0.012mm0.023mm与激光器对接允许角误差 50(KT) 4.3(KT) 10(KT
9、) 22三、我国激光武器的早期研究激光大气传输: 大气对激光的吸收衰减及光束质量的影响 激光靶材破坏机理: 研究不同靶材在不同激光波长和不同激光能量下的破坏机理，得到激光对组成导弹的各种靶材的破坏阈值。23此处激光打靶的文章和数据，已由协会删去几页。24三、我国激光武器的早期研究 我国早期激光武器研究得到了一套完整的关于激光武器的基础数据， 为我国发展激光武器指明了方向。 得到了构成导弹的各种靶材被激光照射时的破坏阈值，发现PbS探测器破坏阈值最低，这是响尾蛇导弹的致命弱点。 提出发展战术激光武器的建议。 25四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向 激光武器经过近40年的发展，美国第
10、一代实用的平台载运系统即将实现。 未来10年极有可能部署机载激光武器，地基和机载激光反卫星武器。未来第2个10年将部署更为先进的飞机自卫激光器和无人机载战术导弹防御武器。未来第3个10年可能部署光子战斗机和天基全球精确光学武器或空间中继激光武器。26四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向 美国目前的高能激光器计划包括机载激光、天基激光、地基激光和舰载激光武器，以及小项目红外对抗激光系统和半导体/固体激光器等。而化学氧碘激光器（COIL）和氟化氢（HF）化学激光器是美国高能激光武器计划的骨干。27四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向机载激光武器系统的主要性能：激光器和功率：
11、作战COIL：23MW；显示型COIL：12MW；作 战 高 度：1215KW；激 光 射 程：100400km；运 载 平 台：波音747-400F发 射 镜 直径：1.5m；28四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向 武 器 系 统 总 重：45t； 机载化学燃料重量：14t； 激 光 器 模 块：功率200KW，重量373kg，长X高为2.5 mX1m，作战型COIL由14个模块组成。 每次巡航8h，可空中加油。在一次巡航中可射击40次，每次持续35s，至少能击毁同时发射的三枚弹道导弹。29四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向 大功率COIL模块的研制成功，已导致决
12、定将COIL用于战术机载激光武器、车载激光武器、红外对抗、高亮度目标照明器和工业应用。目前正在全世界扩散的“廉价低空飞行器”巡航导弹，是未来战争中的严重威胁。波音公司将把目前的机载COIL小型化，安装在倾斜旋翼机和直升机上，用于攻击巡航导弹和掠海飞行导弹。30四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的主流方向 2000年4月，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）报道了采用激光推进方法将5kg重的物体送入近地轨道的有关研究。同时，墨西哥大学和空军科学研究室联合报道了利用微型激光等离子体推动小型卫星的研究成果。 目前，我国也开展了激光发射小卫星的研究工作。31四、美国已经将激光武器研究作为武器发展的
13、主流方向 激光发射卫星的实现，首先依赖于高能激光器的发展，其输出功率范围应达106109W，同时应具有大范围的功率可调性，并能实现高的运行效率，这些也都是现代激光技术的研究发展方向。因此激光推进能否最终成为实际的空间轨道推进技术最主要取决于激光技术的发展，而激光技术中的关键技术之一就是大尺寸的光学发射和传输镜的制造技术。32五、激光武器发展的估计 1、在激光技术已经得到广泛应用的今天， 加大激光武器研究的投入， 预示激光技术必有一个大发展。 激光在军事上得到广泛应用的结果，不论进攻性武器或防卫性武器都会出现一个新面貌， 达到一个新水平， 发达国家和发展中国家的差距会更大。2、激光技术本身与武器
14、相关的单元技术会有更快的发展， 强激光技术， 精密加工， 集成技术，33五、激光武器发展的估计 激光器的可靠性与稳定性技术，体积小、功率高环境适应能力强的激光器会有一个大发展， 特别是半导体激光器和半导体泵浦的固体激光器等在发展到满足激光武器需要的过程中就会为激光工业及其应用带来很大的发展。3、国家对激光武器的加大投入和激光市场的发展是相互促进的发展过程，这个过程非常快，估计十年之内就会有很大变化， 我们一定很好地抓住这个发展机遇。 34谢谢！刘颂豪院士寄语北大学子：生命不息，创新不止！生命不息，创新不止！35北京大学光电信息协会简介本协会是由OSA北大学生分会发起并协助组织，2003年4月在
15、北大团委注册成立的学生社团，由北大团委领导。协会会员来自文科，理科和医学部各院系同学。也吸收部分外校学生。欢迎大家加入，报名请到未名BBS下载报名表并即到协会信箱。协会指导老师：徐安士教授协会顾问：甘子钊院士，何新贵院士，王阳元院士，谢麟振教授协会信箱： 协会论坛：未名BBS光电信息版（OPETech）36OSA北大学生分会简介美国光学学会北京大学学生分会（Peking University Student Chapter of the Optic al Society of America）是由美国光学学会（Optical Society of America）批准成立的学生分会组织 。分会常年对北京大学光电信息协会提供技术指导和支持，并协助组织部分活动。分会指导老师：龚旗煌教授 分会信箱： 分会主席信箱： 37
