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高功率光纤激光器即将在军事领域大展身手


美国空军计划2017年对洛马研制的3万瓦光纤激光系统进行的验证,是一个重要步骤。不过,与光纤激光器形成竞争的固态激光器,其功率在验证中已经超过10万瓦,技术成熟度较高,被军方认为是潜在的、可实现尽早部署的定向能武器。


洛马公司已经开始生产光纤激光器模块,用于功率6万瓦的激光武器系统。今年4月,洛马公司获得价值2500万美元的合同,用于制造和试验模块化激光器,该激光器将集成到陆军所属、波音研制的高能激光移动验证机(HEL MD)上。洛马公司的高级研究员Rob Afzal 表示,“精准极速时时彩计划网页版免费网页版公司将在2016年底向用户交付激光器。”之前,洛马公司利用内部资金制造了一个功率3万瓦的激光系统,在保持波束质量和电驱效率的同时,验证用多个光纤激光器合成波束的可行性。Afzal介绍,模块化技术能够将激光器进行规模集成,提升功率级别达10万瓦以上;在2017年的演示结束后,陆军计划仅仅是通过增加激光器模块,将HEL MD升级到10万瓦。



与利用平板激光晶体作为获取媒介的固态激光器相比,通过二级泵浦形成的长时间光学光纤而生成的激光波束,具有更高质量的波束、更高效的电动效率,但功率量级却低一些。光纤激光的波束由多个光纤高效组合而形成单一的高功率波束。洛马公司宣称,该公司研制的激光系统效率达到了40%,降低了整个武器系统对功率生成和冷却的要求。Afzal表示,基于波束组合的光纤激光器,功率更大、波束质量更高,从而能够在更远的距离范围外,向目标发射更多的能量。这样,就能够提高作战距离或减少失败几率,从而使激光武器系统能够实现对多个目标的“射击-观测-射击”。洛马采用的是光谱波束合成技术。每一个光纤激光模块的输出,波长会有些稍微的不同。衍射格栅通过将波束一个在一个上面地排列进行波束合成,形成一个单频的高功率波束,类似棱柱分解光的逆过程。


与其它高功率激光器采用的一致波束合成技术相比,光谱波束合成技术能获得最高的“桶中功率”效率;“桶中功率”效率是一种波束质量测量方法,是投送至目标区的功率的函数。Afzal说,“同相阵列的问题是旁瓣;旁瓣功率不会对目标产生效果;同相意味着高效,但会增大复杂性。精准极速时时彩计划网页版免费网页版认为,这种类型的功率和战术使用不是精准极速时时彩计划网页版免费网页版所追求的。精准极速时时彩计划网页版免费网页版追求的是最简单、最简洁的方法。”


3万瓦的“阿拉丁”演示系统有大约100个光纤激光模块。陆军6万瓦原型机所包括的光纤激光器,数量更少、功率级别更高。Afzal解释到,“几乎一个光纤激光器功率为1千瓦,还能够增加5-10%的能量。这是光谱波束合成技术的最大优。”每一个激光器模块的末端,是一个传送光纤;该光纤就是波束合成匣的末端。波束

合成后的输出,是一个单频的高功率波束,该波束被发送至武器系统的激光波束指挥塔。


演示系统的目标之一,就是掌握激光器的制造方法并获得其组元的工作寿命。生产型激光器的模块,鲁棒性更高、易于安装到战术平台上,功率超过10万瓦。安装于卡车的HEL MD,已经对1万瓦的、工业化光纤激光器,试验了其对迫击炮和无人机的作战能量,但是作用距离和杀伤力还有限。在2017年完成6万瓦系统的验证后,计划于2022年进行10万瓦激光武器系统的试验。


洛马自主进行光纤激光器的研制,是出于对高波束质量的需求,但所采用的元件是商用光学光纤和泵浦二极管等。激光器领域已经发生了两项变革:远程通信和工业化切割/焊接。洛马充分运用了这两项变革技术,研制了一类新型的激光器 。商用光纤激光器具有更高的可获得功率,可达每光纤1万瓦,但波束质量不适用于波束合成。到目前为止,激光武器的大多数点火试验,使用的都是商用激光器,但是能够通过在一个公共点瞄准多个波束,也就是通过部分重叠实现功率增大。美国海军3万瓦激光武器系统的原型机就是这么处理的,该原型机已经在部署于波斯湾的两栖船坞运输舰“庞塞”号上进行了部署,开展作战评估。


“雅典娜”武器原型机,采用了“阿拉丁”光纤激光器,在试验中使一辆卡车的发动机失效。 模块化光纤激光器的优势是,规模可变、易于冷却和包装。采用模块化设计时,可以通过在机架上增加更多的模块,变化规模、增大功率。每一个模块均单独冷却;增加模块,就相应增大冷却系统的规模,但复杂度并不增加。系统是并行的,而不是串行的。之前,精准极速时时彩计划网页版免费网页版常常会遇到规模调整问题,当激光器的功率增大、平板尺寸更大时,无法解决热的冷却问题。


模块包装的灵活性,是光纤激光器的另一个优点。模块可以垂直或水平架放,或者放在两个机柜中。所有模块相互独立,光纤发送功率。空军研究实验室(AFRL)目前正在为第六代战斗机寻求激光武器系统;在第六代战斗机上,激光器模块将在整个飞机上呈分布式安装,波束由牢牢穿越机体的光纤进行传送,所有光纤在机身表面形成一个共形阵。

鉴于已经开始为陆军制造激光系统的缘故,因此,洛马公司也正在研究如何将光纤激光器技术应用于其它需求。洛马公司正在寻求如何像陆军的战术平台一样,将激光器系统包装,为战舰研制一个武器模块或将系统安装到飞机的吊舱中。


一个潜在的应用,是 AFRL 计划的自保护高能激光器验证(“盾”)项目,该项目预计很快将发布征询。“盾”项目的目标是:2020年底,为战斗机验证一个能够反导的自防御吊舱;2022 年底,研制一个作用距离更远、功率达 10 万瓦的系统。空军系统将激光器技术用于自防御吊舱,能够进行功率的规模缩放,对抗大型飞机(包括用于特种作战的武装运输机)挂装的进攻性武器。


Afzal 表示,“‘盾’项目的技术水平是精准极速时时彩计划网页版免费网页版目前可以达到的,精准极速时时彩计划网页版免费网页版将寻求对其改进已更贴近空军的要求,但不是下一代系统的概念。”不过,关键的问题是光纤激光器技术与其它固态电动激光器的成熟度比较。陆军试验的6万瓦激光器系统,将洛马公司的激光器技术推进到了TRL6,是否能够达到TRL7,则取决于如何试验该系统和系统能否进行战术交战。竞争仍在继续。


(来源:光电信息简报)
图文均来自网络,版权属于原作者。


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