美國(guó)成功測(cè)試“圣劍”激光器樣機(jī)

高能激光可執(zhí)行多種軍事任務(wù)，特別是作為武器或用于高速通信。然而，激光系統(tǒng)的尺寸、重量和電力需求 (SWaP）限制了其在軍事平臺(tái)上的應(yīng)用。即使激光系統(tǒng)的SWaP問題得以解決，大氣的擾動(dòng)也將使激光束在目標(biāo)上的光斑變大，影響其功率密度，進(jìn)一步限制遠(yuǎn)距離上激光對(duì)目標(biāo)的效率。

近期，美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局 (DARPA）的“圣劍” (Excalibur）項(xiàng)目成功開發(fā)了一型21單元的光陣列 (OPA），陣列中每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)一束光纖激光放大器。該低功率陣列可在7 km的距離上打擊目標(biāo)，比現(xiàn)有激光武器提高了4 km多。該陣列包括3個(gè)直徑為10 cm的簇，每個(gè)簇包括7臺(tái)緊湊型光纖激光器。

“本次成功的試驗(yàn)提供了大量OPA激光器的數(shù)據(jù)，證明其性能可超過采用傳統(tǒng)光學(xué)方法的激光器。”DARPA項(xiàng)目經(jīng)理曼加諾稱，“同時(shí)，該試驗(yàn)也證明該技術(shù)可放大至更大的功率，且性能穩(wěn)定。DARPA計(jì)劃在未來3年內(nèi)測(cè)試更高功率的樣機(jī)，最終輸出功率將達(dá)100千瓦級(jí)水平。”

除了可以放大，“圣劍”樣機(jī)同樣驗(yàn)證了其近乎完美的大氣湍流修正能力，其性能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光學(xué)激光器。雖然短距離內(nèi)大氣擾動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生較大影響，但大氣密度的變化將使光束發(fā)散，并影響其均勻性、產(chǎn)生彌散、導(dǎo)致光斑跳動(dòng)，進(jìn)而降低光束作用在目標(biāo)上的能量。近期“圣劍”樣機(jī)的驗(yàn)證采用了超快速優(yōu)化算法，有效“凍結(jié)”了大氣擾動(dòng)，之后在亞毫秒時(shí)間量級(jí)上對(duì)靜態(tài)光學(xué)大氣相差進(jìn)行修正，將激光傳輸效率最大化。這些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了OPA可主動(dòng)修正嚴(yán)重的大氣失真。本次試驗(yàn)距離地面數(shù)十米高，此處的大氣效應(yīng)將對(duì)未來海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)和陸軍應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。此外，這些實(shí)驗(yàn)證明OPA可能對(duì)機(jī)載激光器的邊界層擾動(dòng)修正產(chǎn)生重大影響。

實(shí)驗(yàn)的成功有助于“圣劍”激光系統(tǒng)提高至100 kW功率水平，并采用超低SWaP配置與現(xiàn)有平臺(tái)兼容。對(duì)“圣劍”光纖光學(xué)激光陣列的繼續(xù)研發(fā)和測(cè)試，有望于出現(xiàn)比現(xiàn)有激光武器輕10倍且更為緊湊的激光武器系統(tǒng)。未來的測(cè)試將集中在更嚴(yán)酷的環(huán)境和更高的功率下進(jìn)行。這些技術(shù)有望改進(jìn)激光武器的可靠性和作戰(zhàn)性能，可用于諸如飛機(jī)自防御系統(tǒng)和彈道導(dǎo)彈防御。

光纖激光器陣列功率效率超過35%，并且擁有近乎完美的光束質(zhì)量，這些系統(tǒng)可達(dá)到超低的SWaP需求，擴(kuò)大了搭載平臺(tái)的范圍。除了激光武器，該技術(shù)也可用于低功率激光器，如激光通信和目標(biāo)搜索、識(shí)別。