激光威胁及其防护技术

激光威胁及其防护技术

杜艳秋

（黑龙江科技学院电信学院，黑龙江哈尔滨150027）

摘要：随着激光武器在军事领域的广泛应用和长足发展，激光对人眼和光电系统的威胁日益严重。从激光武器威胁出发，介绍了战场上的激光防护方法，分析了防护材料的发展趋势。

关键词：激光；激光防护；激光威胁

引言

激光以其高方向性、高单色性、高亮度特性在军事国防、医疗卫生、制造业等领域得到广泛应用。在军事领域，激光武器作为一种主动对抗装备，在高技术战争中发挥着重要作用，受到各国军界的关注。随着激光技术的迅猛发展，激光武器越来越广泛的应用于实战。这会严重威胁作战人员的眼睛，破坏系统的光电传感器[1]。因此，各国在发展激光武器技术的同时，也重视研究激光防护技术。

1激光威胁

激光威胁主要体现在以激光束作为信息载体的各种激光设备和以激光束作为能量载体的各种激光武器。这些激光设备和激光武器所发射的激光均能对人眼和光电传感器造成致盲和失灵。

1.1激光对人眼的威胁

由于人眼的各部分对不同波长光辐射的透射与吸收不同,因而不同波长的激光对人眼的损伤部位与损伤程度也不同。常用的激光波长从0.2μm的紫外线开始,包括可见光、近红外线、中红外线直到远红外线。0.2～0.315μm的中、远紫外激光及1.4～10.6μm的中、远红外激光不能透过晶状体到达视网膜，能量几乎被角膜全部吸收，主要损伤角膜；0.315～0.4μm的近紫外激光能量可部分透过角膜，到达晶状体后几乎被全部吸收，主要损伤角膜和晶状体；0.4～1.4μm的可见光和近红外激光大部分能量可透过角膜、房水、晶状体及玻璃体后到达视网膜，由于眼睛自身对光的聚焦作用,可使到达视网膜上的能量比角膜处高10万倍,因此低强度的照射就可能引起视网膜的严重损伤而导致视力下降甚至失明，由于视神经细胞的不可再生，一旦损伤视力将永远缺失。在各种波长的激光中以倍频钕激光器发射的0.53μm的蓝绿激光对人眼的伤害程度最大，表1给出了1986年国家卫生局通过的常见波长激光的损伤阈值，可看出0.53μm蓝绿光的损伤阈值最低[2]，是致盲激光武器的最佳波长。对于可见激光的防护主要是防护530nm附近的蓝绿光为主。

表1激光对人眼的损伤阈值

1.2激光对光电传感器的威胁

激光破坏光电传感器所需的能量比对眼睛造成损伤的能量要高一到几个数量级。据激光对光电传感器的破坏程度可分为软破坏与硬破坏。软破坏指在激光作用下光电材料或器件的功能性退化或暂时失效，软破坏后探测器仍有信号输出，但信噪比会大大降低。而硬破坏是激光使探测器材料发生永久性破坏，发生“饱和效应”，对于真正的反射信号接收元件不会再有反应，无信号输出。实验表明，当受到强激光辐射时，热电型红外探测器将出现破裂和热分解现象，光电导型红外探测器则被气化或熔化。对于光学系统来说，当光学玻璃表面在瞬间接收到大量激光能量时就可能发生龟裂效应，并最后出现磨砂效应，致使玻璃变得不透明而失效。当激光能量进一步提高，光学玻璃表面就开始熔化。这样，光学系统就会立即失效[3]。光电传感器作为装备系统的“眼睛”，广泛应用于激光雷达、激光测距、红外制导、光电对抗以及光通信等领域。随着光电对抗技术的发展，其越来越容易受到激光的损伤。

2激光防护技术

激光防护技术要求在激光传输路径中或到达人眼及接收装置时，采取某些方法或装置材料削弱激光入射的能量，达到保护的目的。在战场上，可以采取适当的观察方式、或者利用某些材料阻挡激光束来使人眼和光电设备传感器免受对方激光武器的威胁。

对于参战人员来说，可以利用电视系统、热象仪或面罩式光增强夜视眼镜等装置间接观察战场、跟踪和射击目标。当敌方发射低能激光时，在电光装置内光路的某个位置上激光被转换成电信号，然后又转换成光，从而使激光不能进入眼睛，保护视觉免受伤害。但电光装置内的对光灵敏部分可能被损坏或致盲。此外，利用地形将头部降低，把对战场的观察次数和时间限制到最低限度，把视场减小到执行任务所绝对必需的大小。在战场上应尽量不使用直接观察装置，因为这些装置能放大入射激光，从而对眼睛造成更大伤害。如果必需使用光学放大装置，则要采取相应的防护措施[4]。

另一种防护方法是利用激光防护材料制作成的激光防护装置快速截断、削弱激光束的能量，保护接收系统不受伤害。激光防护材料性能的优劣对于防护镜和防护装置至关重要。目前研究的激光防护材料主要有三种：线性防护材料、非线性防护材料和相变防护材料。线性防护材料中应用技术比较成熟的是吸收型材料。但是线性防护材料只对光波波长敏感，对光波强度不敏感，平等吸收或反射同一波长的强光和弱光，在阻止某一波长强激光破坏的同时，也阻止了该波长弱光的接收，由于这一特性，使得它只能防护单波长激光，防护带宽窄；当激光波长与光电传感器工作波长相同时，光电传感器就不能接收信号，反之，要接收信号就不能防激光致盲，两种功能不能同时兼顾[5]。

20世纪80年代出现的非线性防护材料和相变材料能够弥补线性防护材料的劣势。非线性防护材料主要利用材料自身的非线性吸收、非线性反射、非线性折射等性能对入射激光产生吸收、折射、散射、反射等实质偏离被保护的人眼或光电传感器。目前主要研究的非线性防护材料有半导体材料、团簇材料、纳米材料等。其中C60及其衍生物、酞菁类化合物、无机金属团簇等表现出优良的光学非线性，具有较强的限幅能力，下一步的工作主要是向器件化、实用化方向发展。最近，作为碳的另一种同素异形体--碳纳米管表现出由于C60的强限幅能力，对其限幅能力和限幅机理仍处于进一步的探索中。

相变材料在强激光照射下会迅速升温到某一数值，材料由室温下的一种结构转变为另一种结构，光学性质也随之发生突变，由原来的透明状态变成不透明状态，显著限制了激光的透射，而在弱光辐射时没有相变产生，透过率高，从而达到激光防护目的。这也是近年来发展起来的一种新型激光防护技术，目前研究最多的相变材料是二氧化钒（VO2）薄膜、五氧化二钒（V2O5）薄膜。

结束语

激光技术在军事领域的应用已经改变了传统的战争模式，激光武器对人眼和和光电传感系统造成严重威胁，激光防护技术应运而生。线性激光防护材料具有一定局限性，但是发展较早，技术相对成熟，而且目前达到实用程度的防护材料。随着激光武器朝着波长可调谐的方向发展，波长防护型材料将是未来研究的主要方向。但目前该类材料大多处于实验研究阶段，距实际应用还有一些差距。以后应大力开展防护材料的实用化、器件化方面的研究，努力探索激光防护的新原理、新方法和新材料，以实现对多波长军用激光的防护。

参考文献

[1]张洁.军用激光技术的发展构成的激光威胁[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2003,3:37-42.

[2]梦献丰,陆春华,张其土等.激光防护材料的研究进展[J].激光与红外,2005,35(2):71-73.

[3]农宁宁,林永.激光武器技术的发展现状[J].电子器件,1999,22(4):299-305.

[4]胡江华,周建勋,王宝庆等.战场上低能激光的威胁与防护[J].激光技术,1996,20(4):230-233.

[5]查子忠,王骐.激光防护技术新进展[J].激光技术,1997,21(4):246~250

作者简介：杜艳秋（1978~），黑龙江省人，助教，教师。

基金项目:黑龙江科技学院引进人才启动基金（06-33）