laser technology
jiguang jishu
研究激光的产生、传播与物质相互作用及其应用的光电技术。激光是利用光能、热能、电能、化学能或核能等外部能量来激励工作物质，使其发生受激辐射而产生的一种特殊的光。英文缩写laser(light amplification by stimulated emission of radiation)，意即“受激辐射引致的光放大”。受激光辐射的原理在20世纪50年代提出，1960年美国物理学家T．H．梅曼制成第一台激光器——“红宝石”固体激光器。其后，多种类型激光器相继问世，同时开展激光应用的研究。
特点 激光具有普通光无法比拟的优点，能解决传统光学和其他科学技术无法解决的许多实际问题，因而激光技术得以迅速发展。其特点是：①方向性强。光束发散角很小，一般在几个毫孤度之内，几乎是一束平行光。②单色性好。谱线宽度越窄单色性越好。氦氖激光(波长0．6328微米)在室温下谱线宽度为1×10－11微米，而普通的红光波长范围0．7600～0．6300微米，谱线宽度0．1300微米。③亮度高。是世界上最亮的光，比太阳表面的亮度高几百亿倍。④相干性好。相干长度越长相干性越好。氦氖激光相干长度约36千米，而相干性最好的普通光－氪灯光，相干长度仅有0．1米。
基本原理 物质中的原子、分子、离子等粒子，都处于一系列不同的非连续的能量状态(能级)上。处于最低能量状态的称为基态－稳定状态，粒子总是力图使自己处于基态。当粒子受到外部能量激励时，可吸收一定的能量，由较低能级跃迁到较高的能级上，这个过程称受激吸收。处于高能级上的粒子会自发地跃迁到较低的能级上，同时以光子的形式释放出多余的能量，光子的能量等于两能级间的能量差，这种没有外界作用的光发射称自发辐射。自发辐射各个粒子相互独立而无规律地释放出光子，所发出的光在传播方向、频率、相位和偏振态上都不相同，普通光源(太阳、电灯等)都是靠这种自发辐射发光的。在外来光子的引发或感应下，粒子由高能级跃迁到低能级而释放出光子的光辐射，称受激辐射。受激辐射产生的光与入射光在传播方向、频率、相位和偏振态上都相同，当外部不断提供能量激励工作物质，使其处在高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转现象。在外来光的引发下，大量的粒子发生受激辐射，再经谐振腔使光束在其中来回反射，形成持续的振荡，光束不断增强，形成光放大，最后从一端射出一束强大的光，即激光。
激光器组成和分类 激光器，用来产生激光的装置。主要由工作物质、激励源和谐振腔三部分组成。工作物质，是实现粒子数反转和产生受激辐射的物质体系。激励源，向工作物质提供能量。谐振腔，提供光学反馈能力，以形成受激辐射的持续振荡，使光束不断增强；限制光束的方向和频率，使输出的激光具有极好的方向性和单色性。激光器种类很多，按工作物质，分为固体、液体、气体和半导体等激光器；按激励方式，分为光激励、电激励、化学激励和核能激励等激光器；按运转方式，分为连续波、单脉冲、重复脉冲和波长可调等激光器。
应用 激光在海军中主要用于激光测距、激光制导、激光通信、激光告警、激光陀螺、激光武器和激光训练模拟器等。激光测距，是用激光器作为光源测量目标距离(见舰艇激光测距仪)。激光制导，是用激光导引炸弹、炮弹、导弹，使之命中目标。有半主动寻的和主动寻的两种制导方式。半主动寻的制导方式，用装在舰船上或岸上的目标指示器不断发射激光照射目标，导引射弹沿着目标反射的激光波飞行，直至命中目标；主动寻的制导方式，是将目标指示器装在弹上，使射弹自行导向目标。激光制导造价低、抗干扰能力强、命中率高。激光通信，是以激光波作为载波传输信息。具有信息容量大、保密性好、造价低等优点；但易受大气条件影响。应用蓝－绿激光对潜艇通信，可穿透几十到几百米深的海水。激光告警，接收制导武器或激光探测器所发射的激光后进行报警，并指示出激光发射的方位、工作波长和工作方式等，以便及早采取适当的对抗措施。激光陀螺，是根据沿正反两个方向传输的激光随转动而产生光程差的原理制成的一种新型陀螺，与惯性陀螺相比，激光陀螺坚固可靠、耐冲击、寿命长，启动时间短；动态范围大，可达2000度／秒；功耗小、造价低，以数字量输出，便于与数字机联网。用于舰艇、飞机导航，导弹、鱼雷制导和火控系统。激光武器，又称死光武器。将强激光束射向目标，使其受热温度急骤升高，进而燃烧、熔融、雾化或汽化，同时还可能产生暴震波，使人员致盲、致死，目标被摧毁。激光速度极快，直线传播，不需射击计算，命中率很高。激光训练模拟器，可模拟各种枪炮射击和导弹发射，用以模拟军事训练和实战演习，效果逼真，节省物质消耗，使用安全，可显著提高训练效果。随着各种化学激光器、有机染料激光器、核能激励X射线激光器、波长可调自由电子激光器等新型激光器件陆续出现，激光技术在海军中将得到更加广泛的应用。