氟化氘 氧化碘.docx

1、氟化氘（DF）和氧化碘（COIL ）是目前激光武器化应用的两种典型激光器。H（DF）激光器：氟化氘（D ）激光器波长 354m 之间运作。输出约有25 条谱线。可实现数兆瓦的输出。美国研制的 DF 化学激光武器，其输出功率达到2.2MW，达到了迄今为止激光武器级别中的最高水平，1997 年，美国曾用 DF 激光炮两次击中在轨道上运行的废弃卫星；2COIL 激光器：美国空军研究实验室的化学氧碘激光器以波长 l3 15m运作，很容易在大气中或光纤中传输。具有高达的能量转换效率。在 1977 年开始开发，这种高能激光器以连续方式运作，已经发展成军事应用和现在工业应用的高级状态。它已经由于其机载激光器

2、（ABL）作战能力而众所周知，它被放置在波音 747 飞机上用于以兆瓦的功率追踪和破坏导弹。它已成功地以 31 英里（50 公里）的距离追踪。2010.6.30简 介这 类 激 光 器 大 部 分 以 分 子 跃 迁 方 式 工 作 ， 典 型 波 长 范 围 为 近 红 外 到 中 红外 谱 区 。 最 主 要 的 有 氟 化 氢 （ HF） 和 氟 化 氘 （ DF） 两 种 装 置 。 前 者 可 以 在2.6 3.3 微 米 之 间 输 出 15 条 以 上 的 谱 线 ； 后 者 则 约 有 25 条 谱 线 处 于3.5 4.2 微 米 之 间 。 这 两 种 器 件 目 前 均

3、可 实 现 数 兆 瓦 的 输 出 1。 其 他 化学 分 子 激 光 器 包 括 波 长 为 4.0 4.7 微 米 的 溴 化 氢 （ HBr） 激 光 器 ， 波 长4.9 5.8 微 米 的 一 氧 化 碳 （ CO） 激 光 器 等 。迄 今 唯 一 已 知 的 利 用 电 子 跃 迁 的 化 学 激 光 器 是 氧 碘 激 光 器 ， 它 具 有 高达 40 的 能 量 转 换 效 率 ， 而 其 1.3 微 米 的 输 出 波 长 则 很 容 易 在 大 气 中 或 光纤 中 传 输 。 工 作 方 式化 学 激 光 器 有 脉 冲 和 连 续 两 种 工 作 方 式 。 脉 冲

4、 装 置 首 先 于 1965 年 发 明 ，连 续 器 件 则 于 4 年 后 问 世 。 其 中 氟 化 氢 和 氟 化 氘 激 光 器 由 于 可 以 获 得 非 常高 的 连 续 功 率 输 出 ， 其 潜 在 军 事 应 用 很 快 引 起 人 们 的 兴 趣 。 在 “星 球 大 战 ”计 划 的 推 动 下 ， 美 国 于 80 年 代 中 期 以 3.8 微 米 波 长 、 2.2 兆 瓦 功 率 的 氟 化氘 激 光 器 为 基 础 ， 研 制 出 “中 红 外 先 进 化 学 激 光 装 置 ”， 在 战 略 防 御 倡 议局 1988 年 提 交 国 会 的 报 告 中

5、， 称 其 为 当 时 “自 由 世 界 能 量 最 大 的 高 能 激 光系 统 ”。 而 氧 碘 激 光 器 则 在 材 料 加 工 中 得 到 应 用 ， 并 可 望 用 于 受 控 热 核 聚 变反 应 。 化 学 激 光 器 最 近 的 发 展 方 向 包 括 以 数 十 兆 瓦 为 目 标 进 一 步 增 加 连 续 器件 的 输 出 功 率 ； 努 力 提 高 氟 化 氢 激 光 的 光 束 质 量 和 亮 度 ； 并 探 索 由 氟 化 氢 激光 器 获 得 1.3 微 米 左 右 短 波 长 输 出 的 可 能 性 。 纯 化 学 型这 种 运 转 方 式 要 比 上 述 的

6、 原 子 态 激 励 型 更 为 先 进 和 实 用 。 其 特 点 是 不 需要 外 界 各 种 能 源 ， 完 全 靠 体 系 本 身 的 化 学 反 应 自 由 能 ,来 得 到 所 需 要 的 自 由原 子 。 例 如 用 NO F2 或 D2 F2 燃 烧 解 离 来 得 到 氟 原 子 。 然 后 ,氟 原 子 与 氢分 子 (或 氘 分 子 )反 应 ,获 得 激 发 态 的 HF*(或 DF*)的 粒 子 数 反 转 而 产 生 激 光 。传 能 转 移 型这 类 体 系 例 如 DF-CO2 或 O2(a )-I 的 特 点 是 化 学 反 应 产 生 的 激发 态 粒 子

7、DF 或 O2(a ) 通 过 共 振 传 能 过 程 ， 将 所 储 能 量 转 移 给 激 光工 作 粒 子 二 氧 化 碳 或 碘 原 子 实 现 反 转 而 产 生 激 光 ， O2(a )为 电 子 激 发 态氧 。 原 子 态 激 励 型 和 传 能 转 移 型 可 以 连 续 波 或 脉 冲 方 式 工 作 ； 光 解 离 型 以脉 冲 方 式 工 作 ； 纯 化 学 型 以 连 续 波 方 式 工 作 。 。 纯 转 动 化 学 激 光 器它 是 利 用 分 子 的 同 一 振 动 能 级 中 的 转 动 能 级 间 的 粒 子 数 反 转 ， 把 转 动 能变 成 相 干 辐

8、 射 能 的 一 类 化 学 激 光 器 。 这 种 化 学 激 光 的 输 出 波 长 大 于 10 微 米 ，最 长 可 达 数 百 微 米 。 虽 然 在 化 学 激 光 研 究 的 早 期 (1967)即 已 被 发 现 ， 但 受到 重 视 则 是 70 年 代 末 。 现 在 已 发 现 的 能 够 产 生 纯 转 动 化 学 激 光 的 双 原 子 物有 HF(DF)、 HCI(DC1)、 HO(DO)、 HN。 目 前 流 行 的 看 法 认 为 在 转 动 能 级 间 形成 的 粒 子 数 反 转 主 要 是 由 上 振 动 能 级 到 下 振 动 能 级 之 间 的 传 能

9、 造 成 的 。 已 发现 某 些 惰 性 气 体 原 子 或 双 原 子 分 子 特 别 有 利 于 这 种 传 能 ， 从 而 有 利 于 实 现 纯转 动 化 学 激 光 。 纯 转 动 化 学 激 光 有 可 能 用 作 激 光 分 离 同 位 素 的 选 择 性 激 发 能源 。 此 外 转 动 化 学 激 光 的 研 究 还 可 以 提 供 传 能 的 信 息 。 振 转 跃 迁 化 学 激 光 器是 利 用 元 反 应 的 分 子 产 物 或 自 由 基 产 物 的 振 动 - 转 动 能 级 上 的 粒 子 数反 转 ， 把 反 应 释 放 的 能 量 转 化 成 为 相 干

10、辐 射 能 的 一 类 化 学 激 光 器 。 它 是 最 早发 现 的 一 类 化 学 激 光 器 ， 迄 今 为 止 在 化 学 激 光 中 仍 占 有 最 重 要 的 地 位 。 已 发现 的 激 射 物 有 HF(DF)、 HC1(DC1)、 HBr(DBr)、 HO(DO)、HCN、 NO、 CO、 H2O、 CO2 等 。 这 种 激 光 的 输 出 波 长 主 要 是 在 2 10 微 米 之间 。 抽 运 反 应 有 以 下 几 种 类 型 ： 在 双 分 子 反 应 中 有 利 用 氢 原 子 提 取 分 子 中的 卤 素 原 子 或 利 用 卤 素 原 子 提 取 分 子

11、中 的 氢 原 子 的 反 应 ,还 有 利 用 氧 原 子 的氧 化 反 应 ; 在 单 分 子 反 应 中 有 自 由 基 -自 由 基 重 合 反 应 、 消 去 反 应 、 插 入消 去 反 应 、 加 成 消 去 反 应 、 自 由 基 -分 子 反 应 等 多 种 类 型 ； 在 光 化 学 反 应中 有 光 消 去 反 应 和 光 解 离 反 应 等 。 由 于 此 种 激 光 器 可 不 用 电 能 激 励 并 且 其 中的 若 干 个 效 率 较 高 ， 可 研 制 成 连 续 波 或 脉 冲 运 转 的 大 能 量 或 大 功 率 激 光 器 ，所 以 它 仍 然 是 有

12、希 望 的 可 携 带 的 用 于 空 间 的 激 光 武 器 的 重 要 候 选 者 。 在 微 观反 应 动 力 学 研 究 中 它 是 三 种 公 认 的 较 成 熟 的 研 究 元 化 学 反 应 产 物 初 始 振 动 能分 布 的 方 法 之 一 （ 另 两 种 是 红 外 化 学 发 光 和 激 光 诱 导 荧 光 ） 。 电 子 跃 迁 化 学 激 光 器利 用 化 学 反 应 释 放 的 能 量 将 激 射 介 质 泵 到 电 子 激 发 态 ， 并 达 到 粒 子 数 反转 ， 然 后 受 激 发 射 产 生 激 光 。 电 子 激 发 态 能 量 受 到 化 学 键 能

13、的 限 制 ， 只 有3 4 电 子 伏 。 如 果 电 子 激 发 态 能 量 超 过 4 电 子 伏 ,就 必 须 借 助 于 低 能 阶 电子 激 发 态 粒 子 与 其 他 激 发 态 粒 子 间 的 多 次 碰 撞 传 能 才 可 能 达 到 高 能 阶 电 子激 发 态 。 电 子 跃 迁 化 学 激 光 器 的 典 型 例 子 是 氧 - 碘 传 能 激 光 器 。化学氧碘激光器百科名片机载激光器化学氧碘激光器是一种机载激光器。机载激光器系统是以改型的波音 747-400F 飞机作为发射平台（代号 YAL-1A），以产生高能激光的化学氧碘激光器为核心，配置跟踪瞄准系统和光束控制与

14、发射系统，利用激光作为能量直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。目录化学氧碘激光器-简介 化学氧碘激光器-发展 化学氧碘激光器-运行 化学氧碘激光器-优势 化学氧碘激光器-技术问题 1. 化学氧碘激光器-简介 化学氧碘激光器-发展 化学氧碘激光器-运行 化学氧碘激光器-优势 化学氧碘激光器-技术问题 1. 展开编 辑 本 段 化 学 氧 碘 激 光 器 -简 介化 学 氧 碘 激 光 器 是 种 机 载 激 光 器 。 编 辑 本 段 化 学 氧 碘 激 光 器 -发 展1998 年 6 月 ， TRW 公 司 设 计 的 几 十 万 瓦 级 单 个 激 光 模 块 成 功 进 行 首 次地 面

15、 光 试 验 ， 出 光 持 续 了 5 秒 。 2000 年 4 月 ， 美 国 国 防 部 会 同 空 军 、 弹 道 导 弹 防 御 局 及 有 关 研 制 单 位 ，对 机 载 激 光 器 计 划 进 行 了 最 终 的 设 计 审 查 ， 认 为 其 技 术 风 险 可 以 接 受 ， 并 正式 确 定 了 机 载 激 光 器 系 统 的 结 构 设 计 。 2002 年 712 月 ， 第 一 架 机 载 激 光 器 样 机 YAL-1A 进 行 了 数 次 适 航 飞 行试 验 ， 检 验 经 过 改 造 后 飞 机 的 性 能 。 2004 年 11 月 ， 兆 瓦 级 化 学

16、 激 光 器 通 过 了 地 基 发 射 实 验 ， 即 “第 一 束光 试 验 ”。 2004 年 12 月 ， YAL-1A 载 机 安 装 机 载 激 光 器 光 束 控 制 系 统 后 ， 在 爱 德 华兹 空 军 基 地 进 行 了 “首 次 飞 行 试 验 ”。 2007 年 8 月 23 日 ， 载 有 激 光 武 器 的 波 音 -747 飞 机 完 成 飞 行 测 试 。 试验 表 明 ， 该 飞 机 机 载 系 统 能 完 成 拦 截 弹 道 导 弹 的 所 有 任 务 ， 五 角 大 楼 导 弹 防御 局 长 、 空 军 中 将 亨 利 ?奥 贝 林 称 该 试 验 是

17、机 载 激 光 器 计 划 中 的 “关 键 里 程碑 ”。 2008 年 9 月 7 日 ， 安 装 在 飞 机 上 的 兆 瓦 级 “化 学 氧 碘 激 光 器 ”首 次 出光 ， 出 光 时 间 仅 为 几 分 之 一 秒 ， 标 志 着 该 项 目 又 达 到 了 一 个 新 的 重 大 里 程 碑 。2008 年 11 月 26 日 ， 安 装 在 载 机 上 的 “化 学 氧 碘 激 光 器 ”在 地 面 上 通过 光 束 控 制 系 统 和 安 装 在 飞 机 头 部 的 炮 塔 首 次 发 射 激 光 。 2009 年 2 月 12 日 ， 美 国 导 弹 防 御 局 “机 载

18、 激 光 ”上 安 装 的 兆 瓦 级 高 能“化 学 氧 碘 激 光 器 ”成 功 进 行 了 多 次 长 时 间 出 光 ， 每 次 发 出 杀 伤 激 光 束 的 时间 长 达 3 秒 。 编 辑 本 段 化 学 氧 碘 激 光 器 -运 行运 行 高 功 率 化 学 氧 碘 激 光 器 （ COIL） ， 应 尽 可 能 地 将 气 流 的 大 部 分 动能 恢 复 并 转 变 为 压 力 。 通 过 扩 压 器 来 完 成 转 化 ， 超 音 速 气 流 通 过 扩 压 器 减 速 、增 压 ， 完 成 从 超 音 速 到 亚 音 速 的 转 变 。 扩 压 器 性 能 的 好 坏

19、直 接 影 响 整 个 激 光器 系 统 的 性 能 ， 通 过 超 扩 段 ， 将 光 腔 过 来 的 低 压 气 流 压 力 由 0.50.8kPa恢 复 到 约 1.7kPa， 降 低 后 面 真 空 泵 （ 或 引 射 器 ） 的 工 作 负 担 。 从 流 动 的 机 理来 看 ， 超 音 速 扩 压 段 的 主 要 功 能 是 降 低 流 速 ， 增 加 出 口 静 压 。 该 过 程 实 际 上是 将 高 速 气 流 的 动 能 转 化 为 压 力 能 ， 以 降 低 流 速 为 代 价 来 增 加 静 压 。 在 不发 生 壅 塞 的 条 件 下 ， 气 流 流 经 扩 压 段

20、 出 口 的 流 速 越 低 、 能 量 损 失 越 小 ， 则出 口 气 流 静 压 的 提 高 就 越 大 。 化 学 氧 碘 激 光 器 -优 势化 学 氧 碘 激 光 器 作 为 新 概 念 武 器 ， 技 术 前 瞻 性 强 ， 发 展 潜 力 大 ， 具 有 一系 列 的 作 战 优 势 ， 简 单 列 举 如 下 ： 速 度 快 。 由 于 激 光 以 光 速 传 播 ， 速 度 非 常 快 ， 从 激 光 器 出 口 传 输 到 目 标的 时 间 可 以 不 计 ， 争 取 了 作 战 时 间 。 因 此 机 载 激 光 武 器 非 常 适 合 拦 截 快 速 运动 、 机 动

21、 性 强 或 突 然 出 现 的 目 标 。 反 应 快 。 激 光 武 器 射 出 的 光 束 质 量 近 于 零 ， 射 击 时 几 乎 不 产 生 后 座 力 ，可 通 过 控 制 反 射 镜 快 速 改 变 激 光 出 射 方 向 ， 即 激 光 武 器 反 应 快 ， 可 在 短 时 间内 对 不 同 方 向 的 多 个 来 袭 目 标 实 施 打 击 。 打 击 准 。 激 光 武 器 能 将 能 量 汇 聚 成 很 细 的 光 束 准 确 地 对 准 某 一 方 向 射 出 ，从 而 可 选 择 杀 伤 来 袭 目 标 群 中 的 某 一 目 标 或 射 中 目 标 上 某 一

22、部 位 ， 而 对 其 他目 标 或 周 围 环 境 无 附 加 损 害 或 污 染 。 杀 伤 力 可 控 。 激 光 武 器 对 目 标 毁 伤 程 度 的 累 积 效 果 可 以 实 时 地 变 化 ， 根据 需 要 ， 可 随 时 停 止 ， 也 可 通 过 调 整 和 控 制 激 光 武 器 发 射 激 光 束 的 时 间 或 功率 以 及 射 击 距 离 来 对 不 同 目 标 分 别 实 现 非 杀 伤 性 警 告 、 功 能 性 损 伤 、 结 构 性破 坏 或 完 全 摧 毁 等 不 同 杀 伤 效 果 。 抗 电 子 干 扰 能 力 强 。 激 光 武 器 射 出 的 是

23、激 光 束 ， 现 有 的 电 子 干 扰 手 段对 其 不 起 作 用 或 影 响 很 小 。 使 用 成 本 低 。 高 能 激 光 器 每 次 射 击 持 续 的 时 间 为 35 秒 ， 每 次 射 击 所耗 费 的 化 学 燃 料 为 1000 美 元 ， 即 便 射 击 40 次 摧 毁 一 枚 导 弹 ， 总 计 成 本 也就 约 40000 美 元 ， 远 低 于 一 枚 造 价 动 则 上 百 万 美 元 的 反 导 导 弹 的 价 格 。 编 辑 本 段 化 学 氧 碘 激 光 器 -技 术 问 题功 率 要 求 高 ， 集 成 难 度 大化 学 氧 碘 激 光 器 的 技

24、 术 难 点 之 一 是 研 制 功 率 大 、 体 积 小 的 高 能 激 光 器 。目 前 单 个 氧 碘 激 光 器 模 块 的 功 率 只 有 200kW， 毁 伤 能 力 有 限 ， 因 此 还 需 要 增加 许 多 倍 的 功 率 才 能 用 于 机 载 激 光 器 。 工 程 人 员 正 计 划 把 多 个 氧 碘 激 光 器模 块 组 合 起 来 以 实 现 这 一 目 标 。 按 照 计 划 ， 作 战 型 机 载 激 光 器 将 由 14 个 氧碘 激 光 器 模 块 组 成 ， 但 问 题 的 关 键 是 如 何 确 保 所 有 的 光 子 同 步 运 动 。 另 外 ，

25、怎 样 将 全 部 机 载 激 光 武 器 部 件 装 入 波 音 747 飞 机 也 是 一 个 问 题 ， 目 前 正 在想 办 法 减 轻 氧 碘 化 学 激 光 器 部 件 的 质 量 ， 部 分 金 属 部 件 可 以 用 塑 料 部 件 来 代替 。 当 前 ， 机 载 氧 碘 激 光 器 技 术 的 研 究 重 点 是 提 高 效 率 和 采 用 轻 型 设 计 ， 以便 减 轻 系 统 质 量 和 改 进 作 战 适 用 性 。 毁 伤 效 能 受 气 候 条 件 影 响激 光 武 器 对 目 标 的 毁 伤 是 一 种 烧 蚀 过 程 ， 它 对 目 标 的 毁 伤 能 力

26、和 效 果 主要 取 决 于 能 将 多 少 激 光 能 量 传 递 并 沉 积 到 目 标 上 ， 传 递 和 沉 积 到 目 标 上 的 光能 除 取 决 于 激 光 武 器 的 发 射 功 率 和 发 射 时 间 外 ， 主 要 受 气 候 条 件 影 响 。 激 光束 在 大 气 中 传 输 会 产 生 各 种 线 性 和 非 线 性 效 应 ， 会 导 致 光 束 扩 散 和 能 量 衰 减 ，使 传 递 和 沉 积 到 目 标 上 的 激 光 能 量 减 少 ， 从 而 影 响 激 光 对 目 标 的 毁 伤 能 力 和效 果 。 气 候 条 件 越 恶 劣 ， 这 些 效 应 就

27、 越 明 显 ， 造 成 激 光 束 扩 散 和 能 量 衰 减就 越 严 重 ， 对 目 标 毁 伤 效 能 的 影 响 就 越 大 。 美 国 海 军 就 气 候 条 件 对 激 光 武器 效 能 的 影 响 进 行 了 评 估 。 目 前 还 在 研 究 利 用 非 线 性 光 学 技 术 进 行 大 气 补 偿 。在 光 束 控 制 方 面 的 主 要 技 术 挑 战 还 包 括 ： 利 用 激 光 信 标 测 量 大 气 湍 流 引 起 的畸 变 ； 抑 制 因 平 台 和 大 气 湍 流 引 起 的 高 带 宽 抖 动 ； 补 偿 倾 斜 非 等 晕 性 ； 掌 握主 动 跟 踪 与 照 明 器 目 标 效 应 ； 选 定 与 维 持 瞄 准 点 ； 整 体 光 束 控 制 系 统 的 集成 与 性 能 评 估 。