第三节 激光通信

激光的特性

　　激光广泛应用的基础在于它的特性.激光单色性好，又可在一个狭小的方向内有集中的高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔.这是令人惊奇的.红宝石激光器中输出脉冲的总能量煮不熟一个鸡蛋，但却能在3毫米的钢板上钻出一个孔.为什么激光这么神奇呢？关键不是光的能量，而在于其功率.激光的功率是很高的，这也是它多方面被应用的基础.

　　激光具有单色性、相干性和方向性三大特点.

　　（1）单色性好

　　我们知道，普通的白光有七种颜色，频率范围很宽.频率范围宽的光波在光纤中传输会引起很大的噪声，使通信距离很短，通信容量很小.而激光是一种单色光，频率范围极窄，发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线.氦氖激光的谱线宽度，只有10-8nm，颜色非常纯.这种光波在光纤中传输产生的噪声很小，这就可以增加中继距离，扩大通信容量.现在已研究出单频激光器，这种激光器只有一个振荡频率.用这种激光器可以把十几万路的电话信息直接传送到100km以外.这种通信系统就可满足将来信息高速公路的需要了.

　　（2）相干性高

　　一个几十瓦的电灯泡，只能用作普通照明.如果把它的能量集中到1m直径的小球内，就可以得到很高的光功率密度，用这个能量能把钢板打穿.然而，普通光源的光是向四面八方发射的，光能无法高度集中.普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的，经过透镜后也不可能会聚在一点上.

　　激光与普通光相比则大不相同.因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来，送入光纤，这就叫相干性高.一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2·sr，比太阳表面的亮度还高若干倍.

　　光纤通信用的半导体激光器的体积很小.和普通的晶体三极管差不多.它发出的光功率一般都不太大，通常只有几毫瓦.如果把它的能量高度集中，就很容易耦合进光纤.这对增加光纤通信的中继距离，提高通信质量是很有意义的.

　　（3）方向性强

　　激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线.如果把激光发射到月球上去，历经38.4万公里的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑.如果用的是探照灯，则绝大部分光早就在中途“开小差”了.

　　普通光源总是向四面八方发散的，这作为照明来说是必要的.但要把这种光集中到一点，则绝大多数能量都会被浪费掉，效率很低.半导体激光器发出的光绝大部分都很集中，很容易射入光纤端面.

激光在武器上的应用

　　激光是20世纪60年代的新光源.由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点而得到广泛应用，如激光测距、激光钻孔和切割、地震监测、激光手术等.而激光在军事领域也得到最充分应用，例如，激光致盲武器、激光防空武器、激光反卫星武器、激光等离子武器、激光制导子弹、激光窃听器、激光沙盘等现代高技术武器都展现了激光的效能.

　　战神的利斧

　　很久以前，有人幻想一种“死光武器”的出现.在古希腊，阿基米德利用巨大的反光聚焦镜摧毁了入侵者的兵舰，但那时的船还是由木头做的.现代的激光让人们有可能实现古代的梦想，制造出可以摧毁一切的激光武器.美国现在全力研制的“星球大战”防卫体系，其所依赖的重要一环就是用激光束来击毁入侵的导弹.可以设想，一枚载着核弹头的导弹在强激光的照射下会迅速化为一阵烟雾消散在空中，这该是多么奇妙的事.

激光武器的分类

　　不同功率密度，不同输出波形，不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应.用激光作为“死光”武器，不能像在激光加工中那样借助于透镜聚焦，而必须大大提高激光器的输出功率，作战时可根据不同的需要选择适当的激光器.目前，激光器的种类繁多，名称各异，有体积整整占据一幢大楼、功率为上万亿瓦、用于引发核聚变的激光器，也有比人的指甲还小、输出功率仅有几毫瓦、用于光电通信的半导体激光器.按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等.同时，按其发射位置可分为天基、陆基、舰载.车载和机载等类型，按其用途还可分为战术型和战略型两类.

　　1．战术激光武器

　　战术激光武撂是利用激光作为能量，是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里.这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人.1978年3月，世界上的第一支激光枪在美国诞生.激光枪的样式与普通步枪没有太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发器和枪托.目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当.但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命，并可在一定的距离内，使火药爆炸，使夜视仪、红外或激光测距仪等光电设备失效.还有7种稍大重量与机枪相仿的小巧激光枪，能击穿铜盔，在1500米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等.

　　战术激光武器的"挖眼术"不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力.因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用.1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网.

　　2．战略激光武器

　　战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等.例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”.因此，高基高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因.据外刊透露，自70年代以来，美俄两国都分别以多种名义进行了数十次反卫星激光武器的试验.

　　目前，反战略导弹激光武器的研制种类有化学激光器、准分子激光器、自由电子激光器和调射线激光器.例如：自由电子激光器具有输出功率大、光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点.但是，自由电子激光器体积庞大，只适宜安装在地面上，供陆基激光武器使用.作战时，强激光束首先射到处于空间高轨道上的中断反射镜.中断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射镜，作战反射镜再使激光束瞄准目标，实施攻击.通过这样的两次反射，设置在地面的自由电子激光武器，就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹.

　　高基高能激光武器是高能激光武器与航天器相结合的产物.当这种激光器沿着空间轨道游戈时，一旦发现对方目标，即可投入战斗.由于它部署在宇宙空间，居高临下，视野广阔，更是如虎添翼.在实际战斗中，可用它对对方的空中目标实施闪电般的攻击，以摧毁对方的侦察卫星、预警卫星、通信卫星、气象卫星，甚至能将对方的洲际导弹摧毁在助推的上升阶段.

　　激光武器的杀伤机理

　　激光之所以能成为杀伤武器，是因为它主要有以下破坏效应：一是烧蚀效应，高能激光光束照射到目标上时，部分能量被目标材料吸收转化为热能，使其汽化、熔化、穿孔、断裂，甚至产生爆炸；二是激波效应，当目标材料被激光照射汽化后，在极短时间内对靶材产生反冲作用，于是在靶材中产生压缩波，使材料产生应力应变并在表层发生层裂，裂片飞出具有杀伤破坏作用；三是辐射效应，目标材料因激光照射汽化，会形成等离子体云，能辐射紫外线、X光射线，使目标内部的电子元件损伤.

　　激光武器产生的独特的烧蚀效应、激波效应和辐射效应，已被广泛运用于防空、反坦克、轰炸机自卫等方面，并已显示了它的神奇威力.

　　激光武器的优点

　　1．无需进行弹道计算

　　在战场上，交战双方如果都用火炮攻击对方目标，由于受地心引力和空气阻力的作用而容易使弹道弯曲，所以射击时都要根据距离、高度、风向、风速及弹丸初速等因素进行弹道计算.使用普通枪炮射击时，如果目标是运动的，还必须计算射击的提前量.由于激光武器所发射的“光弹”是以光速飞行的，其飞行速度常常要比普通炮弹快近40万倍，比导弹的速度快10万倍.因此，使用激光武器进行射击，无需考虑提前量的问题.

　　2．无后座力

　　由于光束基本没有质量，所以在使用激光武器射击时，不存在普通武器射击时出现的巨大后座力和噪声，这既可提高射击的命中率，有效地打击敌人，又便于隐蔽自己，减少伤亡.

　　3．操作简便，机动灵活，使用范围广

　　激光武器可通过转动反射镜迅速变换射击方向，在短时间内即能拦截多个来袭目标.激光武器既可直接在地面使用，也可在战车、军舰、飞机等活动作战平台使用，还可在卫星、航天器等空间作战平台上使用.

　　4．无放射性污染，效费比高

　　激光束可使坚硬目标（如坦克装甲）烧蚀和熔化，但又不象核武器爆炸那样产生大量的放射性污染.虽然目前激光武器的研制成本还比较高，但其硬件可以重复使用，每次的发射费用却比较低.例如，一枚“毒刺”防空导弹的价值高达2万美元，而发射一次氟化氘激光武器的费用仅需1到2千美元.

　　形形色色的激光武器

　　激光测距仪是激光在军事上应用的起点.60年代的越南战争和中东战争首先将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度.雷达是二战中的产物，而激光雷达又给雷达发展指示了新的方向.相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高.由于同样的原因，激光雷达不存在“盲区”，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量.但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补足.

　　此外，还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用.在激光实战演习的战场上，酷似实际战争场面.那里，炮声隆隆，硝烟弥漫，演习的双方互相射击，不时有伤员退出战场.为什么会这样呢？原因并不复杂.像一支激光步枪，每发射一次就射出一束激光.而演习双方战士的身上都有光电接收器和发声装置.如果某束光射中一名士兵，则通过其随身的计算机分析会得出“死亡”、“受伤”和“丧失战斗能力”等结论，并同时发出声音和烟雾.激光模拟实战演习大大节约了演习费用，而又逼真地表现了战争气氛，确保人员生命安全，因此广为各国军队欢迎.

　　据英国《星期日泰晤士报》报道，美国一名发明家最近研制出新概念“致僵”武器，这种非致命武器依靠“致僵射线”，即利用紫外激光器发出光束来，在空气中电离出一条通道使电流导向目标，使被击中者周身肌肉神经抽搐、痉挛，直至僵硬而丧失活动能力，进而丢掉武器束手就擒.由于身体组织的保护，被击者的心脏、隔膜等重要器官不会受到影响，因此不会危及生命.但电流超过250毫安后，会干扰被击者心脏跳动的节律.调节激光器的发射波长，“致僵射线”技术系统还可以破坏微芯片，从而使装有芯片的机器，包括飞机、坦克、汽车、舰船及其它武器系统失调丧失战斗能力.据报道，这种激光致僵武器已在实际应用中取得良好的效果.

　　激光致僵武器第一次应用是美国田纳西州警方缉捕绑架人质的罪犯.狡猾的罪犯绑架人质后躲在高层建筑里，人质露在窗口，罪犯却不露面，只有一只自动步枪的枪管伸出窗外，警方狙击手无法首发击毙罪犯.经联系，从军方借来激光致僵武器.当瞄准镜瞄准那只金属枪管后，一按电钮，光电几乎同时射出，只听那罪犯大叫一声，跌倒在地，自动枪被甩出窗外掉下高楼.这时，房间外的警察破门而入，将罪犯捕获归案.有关专家指出，这种激光枪支可以小到手枪大小，作用距离5至10米，是军警、特工得手的自卫和攻击武器.

　　现在激光武器在军事上已得到广泛应用.据称，前苏联曾用激光武器击毁飞临西伯利亚上空的两枚军事侦察卫星，使其变成“瞎子”，成为两堆废铁.

　　在几年前的车臣战争中，一伙车臣武装分子被围在格罗兹尼附近一所坚固的建筑物里.在他们将要弹尽粮绝时，想出一个险恶的花招：将手榴弹绑在被俘的俄军女记者肩上，而拉火环用绳子系在一名车臣武装分子腰上.他们用高音喇叭向俄军喊话：只要他们的人被击倒，手榴弹就会爆炸，从而炸死女记者.他们的要求是让俄军准备一辆装有食物和弹药的卡车，停放在街心广场上.准备时间是一个小时，逾期将处死女记者.

　　50分钟过去了，俄军开着一辆卡车来到街心广场，逐一展示了车厢上的每一件物品，并打开车门，证明驾驶室内无人.这时，一名武装分子押着反剪双手的人质走向那辆汽车.楼内的武装分子屏住呼吸，从窗口注视着两个人.阵地上的俄军官兵也屏住了呼吸，枪口都对准那名车臣武装分子.

　　当他们接近卡车停下来准备上车时，俄军用车臣人听不懂的哈萨克语对那名哈萨克族女记者喊：与他拉开一小段间隙！就在这名女记者稍微往旁边一闪的时候，那个武装分子和女记者间的尼龙绳子冒了股白烟后就被烧断了.那名车臣武装分子发现绳子断了，刚要扑向女记者去抓那绳头，他却像一截朽木桩一样，摔倒在地.楼内的车臣武装分子向女记者开火，可已经晚了，她早滚到卡车底下躲了起来.

　　原来，俄军已把激光秘密武器运到出事地点，并在街心广场附近的房屋里埋伏好，等待武装分子露面.激光武器不仅首发命中，准确烧断手榴弹上的绳索，而且准确无误地杀死那名武装分子.楼内的武装分子却不知道俄军是用什么先进武器割断尼龙绳索并杀死他们的同伙的.

　　激光武器的防护方法

　　针对未来战争中激光武器的威胁，各国都纷纷加紧对激光武器的防护研究.当前，采用的主要措施有：一是在飞机、战术导弹、精确制导武器的光电系统中采取相应的防护加固和对抗措施.十是研究激光防护器材，用以防护人员及武器装备.三是利用不良的气象和烟幕，来对抗激光干扰机、激光致盲武器和激光反传感器武器、四是对未来应急作战部队的人员进行防激光武器的教育和训练，使他们对激光武器的特性及其防护方法有所了解，消除神秘感和恐惧感.五是研究激光干扰的方法.激光也同所有光波一样，具有穿透大气能力差的弱点，因此也可利用地形、地物等自然条件，降低对方激光武器的效能，或对其实施有效的干扰，以最大限度的减少伤亡，争取战役战斗的胜利.