奇妙的激光

激光的英文原意是“受激辐射的光”，早期直译为“莱塞”，俗称“死光”。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物质，使其发生受激辐射而产生的一种特殊的光，它具有方向性强，单色性好，亮度高和相干性好等特点。激光和普通光不同，它具有极高的亮度，是所有光源中最亮的一种光，比最好的普通单色光源要高数万倍以上，比太阳光表面的亮度高几百亿倍，几乎和氢弹爆炸时的瞬间闪光差不多。激光在激光器的激励下，能将光束高度集中，因而具有极强的方向性。激光光束的发散角很小，仅为最好的探照灯光束的几百分之一，一般在几毫弧度之内；激光能产生几百万度的高温和几百万个大气压，因此在高温高压作用下，能穿透和熔化各种坚固的金属或非金属材料。

激光是怎么产生的呢？他主要是由一种专门用来产生激光装置来产生的，这种装置由三部分组成，即工作物质、激励源（也称泵浦源）、谐振腔。工作物质是激光器的核心部分，是用来实现粒子数反转和产生受激辐射的物质体系，可以是固体、气体、液体或半导体。激励源的作用是向工作物质供应能量。谐振腔通常由两块反射镜组成，一块为全反射镜，另一块为半反射镜，工作物质置于两镜之间。谐振腔的作用一是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；二是限制光束的方向与频率，使输出光束具有极好的方向性和单色性。激光器的种类很多，按工作物质的种类分，有固体、液体、气体和半导体激光器；按激励方式分，有光激励、电激励、热激励、化学激励和核激励激光器等；按运转方式分，有连续波、单脉冲、重复脉冲和波长可调激光器等。

自从20世纪60年代以来，激光在军事上的应用日趋广泛，主要用于侦测、导航、制导、通信、模拟、显示、信息处理和光电对抗等方面，同时，利用激光研制的具有烧蚀、激波和辐射威力的低能和高能激光武器，也逐渐走出实验室。已投入使用的军用激光技术装备很多，如激光测距仪、激光雷达、激光瞄准具、激光制导武器、激光陀螺、激光通信、激光训练模拟器、激光大屏幕显示系统、激光扫描相机、激光引信和激光致盲武器。正在研究中的有激光模拟核爆炸装置和强激光武器等。

美军在历次局部战争中大量使用的激光制导炸弹就是利用激光方向性强这个特征研制的。利用激光所具备的方向性好这一特性对导弹、航弹、炮弹等进行制导，能够大大提高武器的命中精度。激光制导方式有两种，即半主动寻的制导和驾束制导。激光制导武器是在60年代中期开始发展的，其中激光制导炸弹已于1972年在越南战场公开使用。自80年代以来，激光制导导弹和激光制导炮弹的生产和装备数量也日渐增多。激光制导武器的命中精度较高，激光制导炸弹的圆概率偏差可由无制导状态下的80～100米减小至3米以内；激光制导炮弹的圆概率误差可由无制导状态下的13～20米减小至1米以内。#p#分页标题#e#

激光制导炸弹由寻的头、操纵舱、弹体和尾翼组成。从结构上来讲，只不过比普通炸弹多了一种特殊装置，即自动导向目标的寻的装置，其余部分基本和普通炸弹相同。由于加装了自导装置，就使它具备了导弹的功能，所以命中精度明显提高；但由于没给它装发动机，只能靠滑翔等方式自由坠落，所以又不能算作导弹。激光制导炸弹的结构十分简单，造价又相当低廉，所以很受青睐。海湾战争期间，一套激光制导装置约2800美元，把一颗3000磅的炸弹改装为激光制导炸弹仅需4800美元，如改成电视制导炸弹则需19800美元。

利用激光相干性好的特性，进行激光全息照相，使侦察照片具有极高的清晰度。利用激光单色性好这一特性，研制了各种类型的激光测距仪，用来精确测距和测高。激光雷达就是一种利用激光对目标探测、定位的装置。它能跟踪并测定目标的距离、方位和速度，能对目标进行识别、显示、姿态测定和轨道记录。其工作波长约为微波雷达的万分之一到千分之一，较微波雷达具有更高的测量精度、分辨能力和抗干扰能力及体积较小等优点。由于激光的频率比一般无线电波高几个数量级，频带很宽，用激光作载波可大大提高通信容量。从60年代初开始，进行了大气激光通信的研究；60年代中期，研究工作扩大到空间激光通信；80年代以后，美国发现蓝色和绿色的激光束能量具有穿透海水而不会为海水所吸收特性，所以致力于蓝绿激光空对潜通信技术的研究。

利用激光亮度高和方向性强等特点，研制了一些激光武器。激光武器是直接利用激光的巨大能量，在瞬间危害和摧毁目标的一种武器。激光武器又称辐射武器或死光武器从60年代开始研制了一些激光武器，近年来在低能激光武器方面已向实用化过渡，少数国家从70年代开始已在舰艇、飞机和地面装备了少量激光眩目、致盲类激光武器，但作用距离近、杀伤威力还有待提高。激光武器的研究从60年代起至今已有不少成果，美、苏、英、德等国强激光武器的发展随着自从80年代美国“星球大战”计划实施之后，化学激光器等高能激光武器的研制相继取得一系列重大进展，但距实用阶段还有较长的路要走。

由于激光是一种受激辐射后所产生的具有方向性强、单色性好、亮度高和相干性好等特点的光源，所以从20世纪末期开始了一种新型激光陀螺的研制。这种陀螺的基本原理是：使用环形激光器使之在惯性空间转动，产生正反两种激光束，激光束随惯性转动产生拍频效应，从而达到陀螺仪所要求的各种稳定和转速指标。激光陀螺与传统的机电陀螺相比，最大的特点是不需要转动部件，所以耐冲击力强，坚固可靠，使用寿命较长。由于接通电源就能产生激光，所以不存在怠速反应，起动时间短，而且运行过程中的稳定性好。激光陀螺的结构十分简单，功耗很小，易于维护，造价低廉。最重要的一点，就是激光陀螺能够直接输出数字化控制信号，而不是像以前那样先输出模拟信号，再将其转换为数字信号。能够直接输出数字信号，就能够直接与计算机系统相连，这对于实现自动化或智能化控制非常重要。激光陀螺的这些特性，决定了它在军事领域具有极为广泛应用前景，比如军用飞机导航系统、舰船稳定平台、战略导弹、战术导弹和航天器的惯性制导系统等。#p#分页标题#e#

永不停歇的陀螺仪

记得很多年以前，每当冬季结冰之后，许多人喜欢到冰面上去滑冰，孩子们则时兴玩儿陀螺，就是用鞭子不停地抽打一种称作陀螺的玩具，只有用辫子给它一个能够推动其旋转的外力，这种陀螺就在冰面上不停地旋转。这种旋转中的陀螺，一般要具备三种要素：一是必须给它一个外力的推动，否则它自己无法启动和旋转；二是外力的推动最好是恒定有力的，只有这样陀螺才会保持较高的转速；三是只要陀螺能够高速旋转，它就能够在起伏不平的冰面上保持一种相对稳定状态，而且女干部始终使陀螺平面保持平稳。利用高速旋转来保持稳定的这种陀螺原理，其实已经被广泛地应用于我们的工作和生活之中。比如，美丽的芭蕾舞演员在台上表演的时候，她总是用脚尖像陀螺那样不停地旋转，否则，演员根本不可能用脚尖长久支撑高达的身躯，也不可能保持自身的平衡。具有空中芭蕾之称在悬空的钢丝上行走自如或骑车表演的演员，通常必须手握一根具有良好弹性的长杆，或者双手各执一种物件，以保持动态平衡。如果走钢丝的演员两手空空，就很难像在地上那样行走自如。既然芭蕾舞演员、空中杂技演员都需要一种动态平衡，那么飞机、舰船、车辆和导弹在运动过程中也需要这样的平衡，因为如果没有平衡，就不能保持平台的稳定，平台不稳定就会出现翻滚，也就没有安全和效能可言。

陀螺通过旋转来达到自身的平衡和稳定，这一点比较容易理解。但是，飞机和导弹上的陀螺仪是怎样达到让飞机和导弹达到平衡和稳定的呢？这个问题相当复杂，很难用几句话说清楚。但是，我们可以从分析芭蕾舞演员和空中杂技演员表演过程中的信息反馈及控制过程得到启发。以空中杂技演员为例，他在空中走钢丝的过程中，手握一根长杆，当长杆偏向左边的时候，为了保持身体重心平稳，他必须相应地把长杆向右边倾斜，以抑制身体重心向左边继续偏离；如果因为长杆右移而导致身体中心右偏，他必须相应地再把长杆向左边移动，以调整身体的重心。走在钢丝上的演员，以及在舞台上表演芭蕾舞演员，基本上都是按照这样的平衡原理进行自身重心的调整。飞行中的飞机和导弹与表演中的杂技演员和芭蕾舞演员一样，同样需要通过类似的方法来调整自身的重心，最终达到平衡的目的。当演员肢体出现重心偏移征兆的时候，就会迅速将偏移信息传送给大脑，大脑神经中枢立即下达指令给左手或右手，使之做出相应的调整，以达到平衡。当飞机或导弹出现重心偏移的时候，陀螺仪就会迅速将偏移信息传送给水平舵或垂直舵，调整俯仰或平飞姿态，使之正确地向接近。