探測隱形飛機雷達的一種光學工作原理設想

張守銀

（山東榮信集團 山東 日照 276800）

蔡輝劍

（鶴壁職業技術學院 河南 鶴壁 458030）

1 實驗

1923年，A.H.Compton從實驗研究X射線的散射中發現［1，5，8，9，10，11，14］，當倫琴射線被物質散射時，散射光的波長比入射光的波長長.該實驗的裝置在有關光學書籍中可以查到.倫琴射線（即光波，不可見光波）入射到物質（如碳單質、石蠟等）上時，與物質的結構粒子（電子）碰撞，光子將損失能量，這在光學書籍的“康普頓效應”一節中已作了證明，而由E＝hν可知光子波的頻率降低，波長將變大.

2 理論

光波不同于機械波，我們知道，機械縱波與物體碰撞的瞬間其波長變短，能量增加，頻率升高.光波與物體碰撞時（如上面的Compton實驗），其波形并不出現被壓縮的情況，按直觀想象，似乎其波形被壓縮，但事實并非如此，這正是光波這種波為幾率波的例證.德布羅意指有波粒二象性的物質波為幾率波.

光波與物體（石墨、碳）碰撞其波長增加，在有關的光學書籍中可查到其論證過程.碰撞后光波波長λ′與碰撞前光波波長λ之差為其中m0為電子質量，c為光速，h為普朗克常量，θ為碰撞后光子的運動方向與原方向的夾角.

3 在光的反射中 反射光與入射光的頻率不同 頻率降低波長變長

A.H.Compton的實驗，是X光子入射到物質單質（石墨）上，必然從表面開始，X光可進入石墨內部，在表面的石墨與在表面以里的石墨都可發生Compton效應.中國的吳有訓用Si單質做實驗發現也有Compton效應，有一種含Si的玻璃叫做硅玻璃，所以X光入射到硅玻璃上也有Compton效應.

一般地講，凡是電磁波，如太赫茲電磁波、可見光波、X光波、γ射線，均可發生Compton效應，而上面4種波段的電磁波均可稱作光子波，簡稱光波，或簡稱光.

由上式可以看出Δλ是一個很小的數值.通常用白光做光的反射實驗，看不出波長（對應著顏色）對應的顏色發生變化，但若用單色光入射到玻璃堆做光的垂直反射的實驗時，由于多次反射多次累加，Δλ最終變為較大的數值，有利于觀察，可以看到顏色發生了變化，看到本文的有關人員可以進行實驗.在光的斜反射情形，也會出現反射光的頻率降低，波長變長0.004 856nm，但若用玻璃堆做光的反射實驗，則由于多次反射，單色光變成另一種顏色會有明顯的效果.在光的折射情形，同樣可以思考到折射光的波長也變長，其原因也是入射光子與交界面處非入射光所在介質的結構粒子的原子的電子碰撞，導致光的折射.光的反射、折射遵循費馬原理.

波長變長可以用于制造特殊雷達——探測隱形飛機的雷達.下面再述這個問題.

4 費馬原理存在的原因

費馬原理中有一條是，光從空間一點到另一點是沿著光程為極小值的路徑傳播，如光的反射、折射便是如此.為什么光會沿光程極小值的路徑傳播呢？在原子物理中，有一個“最低能量原理”，所以只有光波走光程極小的情況，才能有所用的時間極小，因而光子行走在極小時間內“能量沖量”（Et＝hνt）才能最小，光子總是傾向于“能量沖量”最小才能夠穩定.光子的能量hν與溫度無關，不管環境溫度有多高，光子的能量始終為E＝hν.

5 發現隱形飛機的雷達

5.1 探測隱形飛機雷達的光學工作原理

根據Comptom效應，X波段的電磁波向前傳播時，遇到物質單質時，向回反射的電磁波波長變長，如果用太赫茲波進行調制向前傳播的電磁波，被調制的電 磁 波 叫 做 載 波［2，3，4，6，7，12，13］，當 向 前 傳 播 的載波遇到隱形飛機時，與隱形飛機碰撞，載波波長加長，同時調制的波長也加長.向前傳播的電磁波（被調制后的電磁波——載波與調制波）碰到隱形飛機時，Comptom效應已告訴我們，是入射的電磁波光子與隱形飛機材料中的電子碰撞，電磁波失去能量，電子得到能量，電子在隱形飛機表面內部加速運動，輻射的電磁波會被隱形飛機吸收（隱形飛機表面有一層材料，電磁波碰到這種材料會被吸收），但當被加速的電子飛到飛機表面材料外部時，其加速運動輻射的電磁波必然有一部分會向雷達方向傳播，當然也有向隱形飛機方向傳播的，但是，那部分向雷達方向傳播的電磁波會被雷達接收到，一旦接收到，便發現了隱形飛機.然而向雷達方向傳播的電磁波很微弱，為此，“隱形飛機的雷達”須加一個放大器，把這微弱的信號放大.隱形飛機一般做成薄片式，而不像一般戰機那樣，當電磁波從薄的一側入射照向隱形飛機時，大部分電磁波會擦過去，只有側面那很小部分電磁波與飛機作用，這樣反向傳回到雷達的就很少.如果兩個方向接近垂直的電磁波照射隱形飛機，則會有一個正面照向隱形飛機，而且再向第三個方向加一個與前兩個方向兩兩垂直的電磁波（如在衛星上加一個雷達），則不論隱形飛機怎樣飛行，3個雷達一定會捕捉到隱形飛機.如何判斷傳向“隱形飛機雷達”的電磁波是隱形飛機中的電子飛到外部而發射出的電磁波？一是入射波為調制后的波，它碰撞電子，電子也必然具有入射波的特點，即電子輻射電磁波具有調制的特點，二是電子輻射的電磁波與入射波無固定的相位關系，三是停止入射，接收立即停止，再次入射，又迅即收到，這說明前方有障礙物阻擋.因此，“隱形飛機雷達”在原理上是行得通的，至于能否制成實用的“隱形飛機雷達”，要靠中國科學院及各大學科研機構的全力合作.我們應爭取用10年的時間研制出隱形飛機雷達.現在研究探測隱形雷達制造的國家只有日本在開始之中，但未見到有關設計原理的報道，也許尚是機密，并不公開.

綜上所述，探測隱形飛機雷達的光學工作原理是光波入射到隱形飛機上時，被擊出到隱形飛機表面之外的電子會輻射電磁波，其中傳向雷達的被接收到，其中傳向隱形飛機的輻射被吸收，就是靠傳向雷達的那部分電磁波，從而發現了隱形飛機.

5.2 “隱形飛機雷達”與普通常規雷達的區別

常規雷達接到的電磁波與發射出去的波反相，因為發射出去的波入射到飛機上方產生半波損失，與發射出去的波正好反相，有固定的相位關系，但隱形飛機雷達接收到的電磁波與發射出去的波無固定的相位關系，“隱形飛機雷達”接收到的電磁波是電子隨機發射的電磁波.

5.3 研制探測隱形飛機雷達的國家

我們中國應研制“隱形飛機雷達”，日本國已把發覺隱形飛機的雷達列入制造計劃.從目前來看還沒有見到其他國家開始研制探測隱形飛機雷達的報道，也沒有關于隱形飛機雷達的工作原理報道，本論文是一個首創.

5.4 探測隱形飛機靈敏度的方法

為了提高該種新式雷達的電磁波傳播特性，可用X波段的電磁波，X波段的電磁波傳播特性好，衰減的少.例如美國已利用X波段的電磁波制成普通雷達，而且已把X波段的普通雷達用于預警布置在日本國.隱形飛機探測雷達完全可以應用X波段的電磁波.

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