高能激光武器目标打击的多物理场系统仿真

由于高能激光武器破坏目标的瞬时性、反应的复杂性以及测试成本高昂,使得通过实验评估激光武器的毁伤威力具有很大难度,因此,通过数值模拟的方法对其毁伤威力进行建模仿真可以有效评估其攻防性能。在计算温度场时考虑了相变情况下材料导热率的变化以及材料熔化时熔化潜热对温度场的影响,建立了相应的位移场、应力场数理模型并进行模拟。将多物理场模型整合到仿真系统中,对激光武器打击目标的过程进行了系统仿真,模拟出不同工况下高能激光武器对目标的毁伤效果。仿真结果表明,激光辐照Al材料3.01 s时,激光实时功率密度为0.930 8 W/cm2,材料外壁面温度达到600℃,内壁面温度为352.522℃,此时材料表面刚刚达到熔化,但其所受应力已使材料发生脆性断裂,材料已被破坏。     

高能激光大气传输的仿真实验研究

 对高能激光在大气中传输时产生的热晕效应及其相位补偿进行了室内仿真实验测量,获得了自适应光学系统开闭环时用来衡量光束传输效果参量（如远场的光斑图像、质心漂移、二阶矩半径、及Strehl比等）。结果表明,Bradley-Hermann热畸变参数在300范围内,自适应光学系统相位补偿效果显著,Strehl比基本大于0.4。然而随着热畸变效应的进一步加强,出现相位补偿不稳定性现象,补偿效果变差。另外,对自适应光学系统开闭环时的实验结果分别与薄透镜近似分析理论及几何光学近似理论作了比较。比较结果表明:薄透镜近似理论与未补偿时的实验结果吻合较好,而几何光学近似理论与补偿后的实验结果存在较大的偏差。     

高能激光系统内光路热效应建模与仿真

高能激光系统内光路热效应是影响系统性能的重要因素,介绍了内光路中光学元件、介质气体热效应物理模型,分析了影响热效应的主要因素,并开展了热效应变化规律研究。针对光学元件,重点研究了元件吸收率、元件材料特性、光斑分布对反射镜、窗口镜、分光镜热像差的影响规律,指出吸收率主要影响热像差的大小,而元件基底材料特性和激光分布影响热像差时间和空间变化。针对介质气体,指出介质气体升温后重力引起的自然对流是影响气体热像差的主要物理因素,细致研究了热像差随时间的变化规律,介绍了降低封闭与开放式内光路介质气体热像差的措施与方法。介绍了激光仿真软件平台Easylaser多物理仿真模块,搭建了包含反射镜、窗口镜、分光镜和介质气体的内光路计算模型,通过光-热-力-控多物理耦合仿真,研究了反射镜与窗口镜、介质气体与窗口镜热像差补偿效应,给出了激光传输远场光斑特征,表明了Easylaser的多物理仿真模块具备对内光路热效应综合仿真分析能力。     

高能激光六十年:回顾与展望

激光的本质是微观粒子的有序运动,而热是微观粒子的无序运动,高能激光产生过程中这一对矛盾贯穿始终,可以说高能激光的发展史,就是一部与废热的斗争史。回顾高能激光发展的六十年,剖析高能激光的科学内涵,我们大致将其划分为前后三十年的两个阶段,前一阶段着重解决能用的问题,后一阶段重在解决好用的问题。围绕产热、散热,我们剖析了激光功率、光束质量、效率三者之间的内在关联,简要回顾了各类高能激光器的发展历程,评价了各类高能激光的特色,展望了高能激光未来的发展路径。     

高能激光系统中的物理问题

文章讨论了高能激光系统存在的一些物理问题，着重分析了高能激光系统能力的物理限制，全系统光束质量控制，光束通道和光学元件热效应的产生和抑制，并报道了相关的模拟实验结果．利用数千瓦的氧碘化学激光器（COIL）系统，研究了激光器输出光束的稳定和净化效果，镜面和镜架热效应及其抑制方法，以及通道介质的热效应及其抑制方法，最后还介绍了全系统光束质量一体化控制的共光路共模式（CPCM）自适应光学校正方法．     

影响高能激光系统核心特征量的要素

阐述了对国际上正在发展的高能激光系统核心特征量的理解。分析了影响这个核心特征量的若干要素：主激光器选择变化的历史轨迹及其原因;光束质量是高能激光系统的生命线,做好光束质量是一个多环节的科学工程;分析了这一技术链条上游、中游和下游的技术难点以及与其都有关系的全系统的稳定性问题。最后,把这些要素结合起来,可将核心特征量综合表达为目标上的激光亮度。     

影响高能激光系统核心特征量的要素

阐述了对国际上正在发展的高能激光系统核心特征量的理解。分析了影响这个核心特征量的若干要素:主激光器选择变化的历史轨迹及其原因;光束质量是高能激光系统的生命线,做好光束质量是一个多环节的科学工程;分析了这一技术链条上游、中游和下游的技术难点以及与其都有关系的全系统的稳定性问题。最后,把这些要素结合起来,可将核心特征量综合表达为目标上的激光亮度。     

高能激光能量计校准方法研究

给出了一种绝对式高能激光能量计光电校准方法.该方法以大功率灯作为校准光源,通过测量灯两端的电压以及电流获得电能值,去掉灯所消耗的热能,得到灯所发出的光能.所设计平板能量计将大功率灯密封在高能激光能量计内,光能全部被能量计吸收.根据能量计输出值以及光能值便可实现能量计光电校准.结果表明,能量计光电校准不确定度约为1.5%.     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

新概念高能激光武器与强激光光学计量检测技术

新概念高能激光武器的研究与发展已有四十多年的历史。第一代高能激光武器主要采用连续波化学激光器，其输出功率可达百万瓦。第二代高能激光武器主要采用了波长更短的节能固体激光器件，其输出功率为100kW。与第一代高能化学激光武器采用超高能量直接烧毁杀伤目标不同，第二代高能固体激光武器寻求节能型杀伤方式，即以最小程度的破坏来实现致命杀伤的效果。随着高能激光武器的发展和实战部署，作为高能激光武器核心的高能激光系统总体性能参数(能量/功率、激光波形、光束质量、近场和远场的强度分布、光束指向稳定性、光谱和偏振特性等)的计量和测试显得尤为重要。文中围绕新概念高能激光武器的历史、研究现状和未来发展展开论述。高能激光武器系统的研制对强激光光学计量检测技术提出的新要求和挑战有助于推进强激光光学计量检测技术的发展。     

高能激光武器在水面舰船上的潜在应用

分析了反舰导弹对水面舰船构成的威胁和水面舰船现役反导防御系统的局限性，结果表明，现役舰载防御手段的反导能力有限，水面舰船面临着反舰导弹的严重威胁，迫切需要寻求新的防御手段和发展新的防御武器来增强其对付这种威胁的能力。在此基础上，简要分析了高能激光武器的主要特性，并据此对高能激光武器这一新概念武器在水面舰船上的可能应用及作用进行了探讨，认为高能激光武器是一种极具潜力的近程反导防御武器，可在水面舰船的近程反导防御，甚至在为反卫星和水面舰船上提供高分辨率光学警戒支持等方面发挥重要作用。     

100kW功率固体激光中继镜系统对1km高度目标作用效果模拟

分析了激光中继镜技术的概念及丁作过程,建立了中继镜系统模型,并在Hufnagel-Valley 5/7大气湍流模型条件下分别计算了100 kW功率,10 km高度,发射、接收、二次发射望远镜均为外径0.5 m、内径0.2 m望远镜的固体激光中继镜系统和100 kW功率,外径0.5 m、内径0.2 m发射望远镜的常规高能激光系统对1 km高度目标作用的极值功率密度与目标水平距离的关系曲线.由于中继镜系统对目标可作用时间长,根据相关资料确定常规激光系统和中继镜系统的极值功率密度破坏阈值标准分别为4000 W/cm2和800 W/cm2.分析结果得到常规高能激光系统对目标的最大可作用距离为1.38 km,中继镜系统的最大可作用距离为12.2 km.     

激光对反舰导弹红外探测器干扰分析

针对激光对红外制导的反舰导弹干扰问题,建立了激光对反舰导弹红外探测器的干扰链路模型,推导了激光海上传输的大气透过率,计算了1．06μm激光在海上大气传输时仰角、能见度与大气透过率的关系,估算了对不同距离的反舰导弹红外探测器实现有效干扰所需发射的激光能量。     

非扫描激光主动成像制导技术研究

介绍了激光主动成像制导技术的基本原理。分析了基于相位法的非扫描激光成像技术和基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像技术以及基于阵列的非扫描激光成像技术的原理、特点和发展现状,讨论了非扫描激光主动成像制导技术在巡航导弹中的应用。它们为非扫描激光主动成像制导技术在具体背景下的应用提供了一定的参考价值。     

激光处理对光学薄膜和激光玻璃损伤的影响

用准分子激光和ＣＯ２激光分别对光学薄膜和掺钕磷酸盐激光玻璃进行激光预辐照处理，研究激光预辐照射对损伤阈值的影响，并对相关的机理作了分析。     

弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析

为改善弹道导弹再入段地面红外探测效果,考虑导弹再入过程中气动加热、红外辐射的大气衰减以及背景辐射等因素,建立起弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析模型,并估算分析了探测系统在不同状况下信噪比.分析结果表明：优选工作波段、增加系统口径及曝光时间、改善光学设计、选择晴朗无云天气观测等均有利于改进地面红外观测效果.     

高能脉冲激光远场多参量测试系统设计

为研究高能脉冲激光远场光束质量,设计了一套激光远场多参量测试系统.首次将远场激光束的空间分布、脉冲波形和中心能量测试纳入到一个体系中.从总体设计、硬件构成、软件设计等三个方面对系统进行了阐述,重点介绍软件系统的实现过程.光束质量测试系统能够有效地获取远场激光的时空参数,为进一步进行远场激光性能评价奠定了基础.     

Moyer模式在高能重离子加速器辐射防护屏蔽设计中的应用

叙述了Moyer模式在高能重离子加速器屏蔽设计中的应用.介绍了Moyer参数的选择,给出了束流的点源损失和无限或有限均匀线源损失的屏蔽计算方法.给出了根据天空反照剂量限值估算屋顶屏蔽厚度的方法.计算结果与Monte Carlo方法进行了比较.     

数字化高平均亮度激光器的设想

提高激光器输出亮度是激光器发展的一个重要方向,就能否将目前迅速发展的数字化技术应用于激光器平均亮度的提高进行了仔细讨论。在分析了影响激光器平均亮度因素的基础上,就八种提高平均亮度的技术方案进行了讨论和比较,指出基于MOPA结构的相干合成方案是实现数字化高平均亮度激光器的最佳选择。进一步提出了数字化的高平均亮度激光器的设想和方案。