据悟理学习微信公众号,于2025年09月19日报道,激光武器作为现代军事技术的重要组成部分,其现状与发展趋势备受关注。当前,全球范围内对高能激光武器的研发投入持续增加,并已在多个领域展现出实际应用潜力,同时未来发展方向也呈现出多功能化、小型化和智能化的趋势①②③④⑤⑥⑦。
一、激光武器发展现状激光武器的核心在于利用高能激光束摧毁、损伤或干扰目标,其优势在于打击速度快(光速)、精确度高、附带损伤小、成本效益好,且能重复发射③⑤。
1.高功率激光技术突破
当前,高功率激光器的发展是激光武器进步的关键。固态激光器、光纤激光器和自由电子激光器是主要研究方向③⑤。其中,固态激光器和光纤激光器在紧凑系统内提供了武器级功率,例如美国空军正在加速战术机载激光武器的开发,旨在将这些高功率激光器集成到机载平台中⑧⑨。海军舰载激光武器也取得了显著进展,美国海军和国防部正在开发光纤固态激光器、平板固态激光器和自由电子激光器等多种类型⑩⑪。
Source:⑫尽管上图展示的是医疗激光设备,但其显示的高功率(80.0 W)、连续模式和总能量(3.31 kJ)参数⑫体现了现代激光器在能量输出和控制方面的能力,这些技术进步同样是高功率激光武器发展的基础。
2.平台集成与战术应用
激光武器的集成平台日益多样化,包括机载、星载、舰载和车载平台②③⑤。尽管目前的实验主要集中在短距离打击火箭、无人机等目标2,但其战术前景广阔。例如,机载激光武器在防空、导弹防御和卫星防御中具有重要作用⑧⑨。舰载激光武器也正被积极开发,用于应对海上威胁⑩⑪。
3.辐射硬化技术
在空间通信等特殊环境下,半导体激光二极管(LDs)的辐射硬度是其可靠性的关键⑬。研究表明,伽马辐射和总剂量照射会导致激光二极管性能下降,例如阈值电流增加、光功率输出减少⑬。为了确保激光武器在恶劣环境下的性能,辐射硬化技术至关重要。
Source:⑬上图展示了不同辐射剂量对激光二极管性能的影响,可见随着伽马剂量和总剂量的增加,激光二极管的阈值电流升高,光功率输出下降,这直接影响了激光器在辐射环境下的可靠性⑬。
4.激光防御与对抗
随着激光技术的发展,高能激光的防护也日益受到重视⑭。目前,激光防护方法多为单一功能,未考虑探测技术⑭。研究人员提出了结合隐身和高能激光防护功能的双层涂层系统,通过高反射层反射激光,保护基底⑭。激光对抗技术也成为现代战争中应对精确制导武器威胁的重要手段,包括激光侦察和反侦察⑮。
Source:⑭上图描绘了一种结合隐身和高能激光防护功能的双层涂层系统,其中高反射层在激光照射下能将激光束向多个方向反射,从而保护基底免受直接冲击⑭。
二、激光武器发展趋势
激光武器正朝着更高能量密度、更精确的打击能力、多功能集成系统以及结合人工智能技术的智能化控制方向发展。
1.小型化与模块化 为了适应更广泛的战场需求,激光武器正朝着小型化、模块化和便携化的方向发展②。例如,固态激光器的快速发展使得其能够在紧凑的系统内提供武器级功率,这为机载和车载平台的集成提供了可能⑧。
2.高能激光与定向能技术 高能激光和定向能技术是激光武器发展的核心。各国正在开发高效能、高功率的激光武器,用于拦截无人机、导弹和防空等场景。光纤激光器以其优异的光束质量、高效率和紧凑尺寸,在激光武器领域展现出巨大潜力⑯。
OverviewSource:⑰上图展示了量子级联激光器、气体激光器和自由电子激光器等多种激光技术在太赫兹频率范围内的功率水平和发展趋势⑰,这些技术是高能激光武器持续发展的重要支撑。例如,自由电子激光器可以提供高达10W的功率,但成本较高⑰。
3.智能化与精确控制
将人工智能(AI)技术与激光武器结合,实现智能化控制是未来发展的重要趋势。这包括目标识别、跟踪、精确打击和战场态势感知等方面。深度学习在监控视频中的武器检测方面已取得显著进展,虽然主要用于识别常规武器,但其技术原理可借鉴于激光武器的目标识别系统,例如通用武器检测、小型武器检测以及方位和人体姿态信息识别⑱。
Source:⑱ 上图的饼图显示,通用武器检测占比59.1%,方位和人体姿态信息占18.5%,小型武器检测占13.6%18。这些检测技术结合AI算法,能够为激光武器提供更精准的目标定位和打击能力。
4.多光谱与多功能集成
未来激光武器可能趋向于集成多种激光波长,以应对不同类型的目标和环境条件。例如,蓝色和绿色激光在工业制造中展现出高精度、高效率的优势⑲,这些技术在军事领域可能用于特殊材料的加工或特定目标的识别。同时,激光武器也将与其他武器系统集成,形成多功能、协同作战的体系。
5.光束组合技术
高功率激光武器需要将多个激光束进行有效组合以达到所需功率。相干光束组合(CBC)和非相干光束组合(IBC)是实现这一目标的主要技术②。通过光纤激光相控阵多路通信系统中的随机并行梯度下降(SPGD)算法,可以有效实现相干光束组合,提高光束质量和指向精度⑳。
6.激光无线能量传输 激光无线能量传输(LWPT)技术是未来激光武器系统发展的潜在方向之一,能够为远离传统供能方式的平台提供能量,从而延长作战时间或拓展任务范围21。当前研究的重点在于如何提高传输效率、增加传输距离和保障传输安全21。
三、挑战与展望
尽管激光武器发展迅速,但仍面临诸多挑战,
包括:
·大气湍流效应:激光束在大气中传播时受湍流影响,导致光束畸变、能量衰减,降低打击精度和效率。
·热管理:高功率激光器运行过程中产生大量热量,有效的散热系统是确保其稳定运行的关键。
·电源供应:大功率激光武器需要强大的电力支持,这对于机载和小型化平台来说是一个巨大的挑战。
·目标脆弱性:需要进一步研究不同目标材料对激光的响应机制,以优化打击策略和评估毁伤效果。
未来的激光武器将更加注重智能化、集成化和网络化,与战场态势感知、指挥控制系统深度融合。随着材料科学、光学技术和人工智能的不断进步,激光武器有望在未来战争中发挥越来越重要的作用,成为改变战争形态的颠覆性技术之一。
参考文献:
①.Development status and prospect of high-power laser beam weapons高能激光武器现状及发展趋势【J】LI Yuan、Penghua Wang 2008-01-01.[J]Infrared and Laser Engineering
②.Development Trend of Tactical Laser Weapons战术激光武器的发展动向Yong Cheng、Yanlong Guo+7. 2016-01-01.[J]Laser & Optoelectronics Progress
③.Applications and performance of high power lasers and in the battlefield高功率激光在战场中的应用与性能Yehoshua Kalisky、Ofra Kalisky 2011-12-01 [J]Optical Materials ( IF 4.2 )
④.Developing Trends and Analysis of the Laser Weapon激光武器的发展动向与分析 Limin Wang、Yang Jiasheng +3 2008-01-01 [J]Ship Electronic Engineering
⑤.The status of high-power lasers and their applications in the battlefield高功率激光的现状及其在战场中的应用 Yehoshua Kalisky 、Ofra Kalisky 2010-09-01 [J]Optical Engineering ( IF 1.2 )
⑥.Application and Analysis of the Tactical Laser Weapon战术激光武器的应用与分析 ZHANG Hong-yan 、XU jin +3 2007-01-01 [J]Laser & Infrared
⑦.THE APPLICATION OF LASER TECHNOLOGY IN WEAPON SYSTEMS激光技术在武器系统中的应用 YANG Yi 、Lu Zu-kang +2 2000-01-01 [J]Yingyong guangxue
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⑨.United States Airborne Laser Weapon and Its Key Technology美国机载激光武器及其关键技术 CongRong Lin 2006-01-01 [J]Modern Defence Technology
⑩.Development Status of U .S Navy Shipboard Laser Weapon 美海军舰载激光武器的发展现状 Longwen Liao 、Jinling FENG +1 2014-01-01 [J]Ship Electronic Engineering
⑪.From the development of shipborne laser weapon of U.S. navy to analyze the military requirements and countermeasures of navy从美国海军舰载激光武器的发展分析海军的军事需求与对策 Hetian Zhang 、Yaqin Zeng +1 2023-06-01 [J]Journal of Physics Conference Series
⑫.Nd-YAG laser–assisted pulmonary metastasectomy: initial experience from a tertiary care cancer center in India钕钇铝石榴石激光辅助肺转移瘤切除术:来自印度一家三级癌症中心的初步经验 Lalengmawia Darlong 、Arnab Chakraborty +1 2024-04-21 [J]Indian Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery ( IF 0.6 )
⑬.Radiation hardness of semiconductor laser diodes for space communication用于空间通信的半导体激光二极管的抗辐射性 Manyang Li、Chao Shen +4 2024-05-07 [J]Applied Physics Reviews ( IF 11.6 )
⑭.New type of coatings combining invisibility and high power laser protection function新型隐形与高功率激光防护功能相结合的涂层 Jiayi Zheng 、Zijun Li +3 2024-04-01 journal Ceramics International ( IF 5.6 )
⑮.Analyses of laser countermeasure and it′s development trends浅析激光对抗及其发展趋势 YE Jie-song 、YueChao Zhu 2007-01-01 [J]Infrared and Laser Engineering
⑯.A Static Laser Weeding Device and System Based on Fiber Laser: Development, Experimentation, and Evaluation一种基于光纤激光器的静态激光除草装置及系统:开发、实验与评估 Zhongyi Yu、Xiongkui He +6 2024-06-30 [J]Agronomy ( IF 3.4 )
⑰.Terahertz nanoscopy: Advances, challenges, and the road ahead太赫兹纳米显微镜:进展、挑战与未来之路 Xiao Guo 、Karl Bertling +5 2024-04-10 [J]Applied Physics Reviews ( IF 11.6 )
⑱.Systematic review on weapon detection in surveillance footage through deep learning通过深度学习对监控录像中的武器检测进行系统综述 Tomás Santos 、Hélder Oliveira +1 2023-12-28 [J]Computer Science Review ( IF 12.7 )
⑲.Application and development of blue and green laser in industrial manufacturing: A review蓝色和绿色激光在工业制造中的应用与发展:综述 Qingyun Yang 、Peilei Zhang +9 2023-10-19 [J]Optics & Laser Technology ( IF 5.0 )
⑳.Theory of AdaDelSPGD Algorithm in Fiber Laser-Phased Array Multiplex Communication Systems光纤激光 - 相控阵复用通信系统中AdaDelSPGD算法的理论 Jiayu Chen 、Jinsheng Liu +5 2022-03-16 [J]Applied Sciences
21.Research situation and development trend of laser wireless power transmission key technology激光无线传能关键技术研究现状及发展趋势 Liang TANG、Yuanchang Zhong +2 2017-01-01 [J]Laser