強激光偵察告警系統檢測方法研究

歐陽藝,楊彥杰

（解放軍91404部隊,河北 秦皇島 066000）

強激光偵察告警系統檢測方法研究

歐陽藝,楊彥杰

（解放軍91404部隊,河北 秦皇島 066000）

本文針對強激光的特點，重點分析了激光對人眼和光電傳感器的損傷機理，并對光電對抗手段（激光致盲對抗）性能的影響因素進行了必要的分析，對符合現實條件的檢測鑒定方法進行了研究，為激光偵察告警系統性能的檢測評定提供了有力的依據。

激光致盲；檢測方法；安全系數

1 前言

隨著激光、紅外、電視和微光等現代光學技術的迅速發展，使現代化的武器如虎添翼，軍用光電技術在偵測、火控、導航、制導、指揮、控制等領域得到日益廣泛的應用。激光致盲武器已成為現代戰爭中一種非常有效的主動光電對抗裝備。

近年來，在激光武器的研制中，激光致盲武器因其造價低、能耗小、技術難度小而異軍突起，發展較快，已成為最先裝備部隊的激光武器。如何對抗這種光電威脅顯得日趨重要。目前，檢測激光偵察告警系統對強激光威脅源的告警能力顯得尤為重要。

2 激光致盲原理

激光致盲的作用歸納為三個方面：一是傷害人眼；二是破壞光電器件；三是破壞光學系統。目標上探測的激光功率密度：

式中，ρ為激光器功率，λ為激光波長，β為光束質量，L為激光作用距離，D為發射鏡直徑，ε為激光大氣透過率。

2.1 人眼的損傷原理

由于激光人眼損傷效應與激光波長、發射方式、光斑大小、脈沖寬度、脈沖重頻和照射部位有關。由激光輻照度定義可知，照射到表面某處的面元上的平均輻照度，近似等于在該處的光束總能量除以該處的總面積。θaL

式中，H為光程L處輻射照射量，Q為激光輸出總能量，a為激光器輸出光束直徑，L為激光器到觀察處的光程，θ為出射光束發散角，μ為大氣對該激光波長的衰減系數。激光對人眼損害的能量閾值與激光照射時間長短、激光照射人眼的部位有關。對視網膜產生損害的激光強度閾值每平方厘米約為0.5～5μJ。由于人眼瞬間反應時間約為100～150ns，激光脈寬越窄越容易進入人眼。激光在視網膜上的輻照度比角膜上的輻照度大2×10-5～5×10-5倍，一般多造成視網膜發熱，暫時致眩和永久損傷。

2.2 對光電傳感器損傷原理

所需激光能量要高出一個或者幾個數量級，對于破壞光電傳感器來說是非常重要的。當激光能量增大時，對光電探測器主要造成工作波長移動、材料不均導致擊穿、材料的介電常數發生變化、強光飽和失真等損傷，當激光能量瞬間增大時，還可能使光學系統產生磨砂效應而失效。

2.3 對光學系統的損傷原理

當照射到的激光功率或能量足夠大時，設備的光學表面就會產生裂紋、氣泡、熔化等現象，使光學系統的功能失效，設備不能夠正常工作或對激光威脅信號進行偵測。檢測表明，300W/cm2的激光照射0.1s,就能使光學玻璃表面熔化，并產生龜裂，最后出現磨砂效應，致使其透明度大大下降，直至系統失效。

3 影響激光致盲效果因素分析

3.1 激光束散角對激光能量影響由于激光發散角的影響，目標上所感應的激光功率與測量距離有關：ALθdb

式中，b為傳感器半徑，d為傳感器中心與光束能量中心的距離，θ為激光遠場光束角，L為光程，QL為達到L處的激光能量。

3.2 大氣對激光能量的影響

當考慮大氣對激光傳輸的影響，則大氣傳輸率：

并且假定在光束路徑和光譜區域內的大氣消光系數密度函數αd（ω，l）為常數，（6）式可以寫成更普遍的比爾定律形式：

式中，α是大氣消光系數，ω是波長積分變量，λ1是有用的最短波長，λ2是有用的最長波長，L代表激光發射器和目標之間的距離，在特定波長，α=μ。實際上，激光信號在時間和空間上的變動主要是受到大氣擾動的影響，其產生的熱導致起伏散射不同的根本原因在于激光波長相對大氣氣溶膠的粒子尺寸的不同。當然，大氣消光系數也是隨著其和氣壓的變化而變動。在外場檢測中，大氣對激光傳輸的影響主要是分子對特定激光譜線的吸收和散射，以及水蒸氣連續區和氣溶膠的吸收和散射。

4 檢測方法研究

強激光信號模擬器用于激光偵察告警裝備告警能力的檢測。如何在激光功率低于人眼安全閾值達到檢測目的，如何在激光功率高于人眼和探測器安全閾值時保證檢測人員和裝備的安全，是我們需要著重解決的問題。

檢測中為了確保人員及設備安全，合理利用條件，考慮影響激光束傳輸的主要因素，針對激光致盲原理和檢測需求分析，可采取能量變化測試：

通常情況下，激光信號發生器的輸出能量是固定不變的。在檢測中，可用采用加裝衰減片改變信號源輸出能量的方法對激光能量進行精確測量，以確定對人眼或設備安全的能量閾值和距離范圍。加裝衰減片后激光輸出能量為：

式中，Q0為未加衰減片時輸出激光能量。

首先加裝最大衰減率的衰減片使激光輸出能量為最小，然后逐漸減小衰減率，使能量增大，探測能量接近或達到人眼和探測器毀壞閾值，此時的衰減率即為安全系數，衰減片為臨界衰減片。

5 結束語

致盲激光在檢測中對人員和設備具有較大危險性。以上分析了影響目標上輻照度的因素，并且對強激光致盲武器的安全系數、臨界能量閾值等參數的測量作了分析與研究，為實現安全檢測鑒定提供了依據。也可以為強激光武器在其他方面的應用提供參考。