美國成功測試“圣劍”激光器樣機

美國成功測試“圣劍”激光器樣機

高能激光可執(zhí)行多種軍事任務，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上的應用。即使激光系統(tǒng)的SWaP問題得以解決，大氣的擾動也將使激光束在目標上的光斑變大，影響其功率密度，進一步限制遠距離上激光對目標的效率。

近期，美國國防部先進研究項目局 (DARPA）的“圣劍” (Excalibur）項目成功開發(fā)了一型21單元的光陣列 (OPA），陣列中每個單元驅動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，比現(xiàn)有激光武器提高了4 km多。該陣列包括3個直徑為10 cm的簇，每個簇包括7臺緊湊型光纖激光器。

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

除了可以放大，“圣劍”樣機同樣驗證了其近乎完美的大氣湍流修正能力，其性能遠高于傳統(tǒng)光學激光器。雖然短距離內(nèi)大氣擾動不會產(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、導致光斑跳動，進而降低光束作用在目標上的能量。近期“圣劍”樣機的驗證采用了超快速優(yōu)化算法，有效“凍結”了大氣擾動，之后在亞毫秒時間量級上對靜態(tài)光學大氣相差進行修正，將激光傳輸效率最大化。這些實驗驗證了OPA可主動修正嚴重的大氣失真。本次試驗距離地面數(shù)十米高，此處的大氣效應將對未來海軍、海軍陸戰(zhàn)隊和陸軍應用產(chǎn)生重大影響。此外，這些實驗證明OPA可能對機載激光器的邊界層擾動修正產(chǎn)生重大影響。

實驗的成功有助于“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)有平臺兼容。對“圣劍”光纖光學激光陣列的繼續(xù)研發(fā)和測試，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)。未來的測試將集中在更嚴酷的環(huán)境和更高的功率下進行。這些技術有望改進激光武器的可靠性和作戰(zhàn)性能，可用于諸如飛機自防御系統(tǒng)和彈道導彈防御。

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量，這些系統(tǒng)可達到超低的SWaP需求，擴大了搭載平臺的范圍。除了激光武器，該技術也可用于低功率激光器，如激光通信和目標搜索、識別。