《光電技術(shù)原理及應(yīng)用》第1章 緒論

1、第八章、軍用激光技術(shù)及應(yīng)用第八章、軍用激光技術(shù)及應(yīng)用第七章、激光器與激光技術(shù)第七章、激光器與激光技術(shù)第二章、紅外輻射規(guī)律及其探測(cè)第二章、紅外輻射規(guī)律及其探測(cè)第五章、光電系統(tǒng)性能分析第五章、光電系統(tǒng)性能分析第一章第一章 概概 論論第六章、激光的產(chǎn)生及特性第六章、激光的產(chǎn)生及特性第三章、紅外系統(tǒng)的組成及應(yīng)用第三章、紅外系統(tǒng)的組成及應(yīng)用第一章第一章 概論概論o 光電技術(shù)是以激光、紅外、微電子技術(shù)為基光電技術(shù)是以激光、紅外、微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，由光學(xué)、電子、精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)礎(chǔ)，由光學(xué)、電子、精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的一種高新技術(shù)。相結(jié)合的一種高新技術(shù)。o 廣泛應(yīng)用于：偵察、火控、制導(dǎo)、遙感、預(yù)廣泛

2、應(yīng)用于：偵察、火控、制導(dǎo)、遙感、預(yù)警、導(dǎo)航、通信及光電對(duì)抗等領(lǐng)域。另外，警、導(dǎo)航、通信及光電對(duì)抗等領(lǐng)域。另外，激光加工、激光醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量等領(lǐng)域激光加工、激光醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量等領(lǐng)域1.1 光電技術(shù)概述光電技術(shù)概述21世紀(jì)是光子學(xué)的世紀(jì)世紀(jì)是光子學(xué)的世紀(jì)o 在信息科技領(lǐng)域，在信息科技領(lǐng)域，20世紀(jì)的電子學(xué)確實(shí)做出了巨大世紀(jì)的電子學(xué)確實(shí)做出了巨大的貢獻(xiàn)，但由于其信息屬性的局限性，使其無論在的貢獻(xiàn)，但由于其信息屬性的局限性，使其無論在速度、容量還是在空間相容性上都受到速度、容量還是在空間相容性上都受到 很大限制，很大限制，而光子的信息屬性卻表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿兔黠@而光子的信息屬性卻表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)?/p>

3、力和明顯的優(yōu)越性。的優(yōu)越性。o 從電子器件和光子器件的性能比較中，可以看出光從電子器件和光子器件的性能比較中，可以看出光子器件的發(fā)展是必然的。在信息處理速度子器件的發(fā)展是必然的。在信息處理速度 上，電上，電子器件的響應(yīng)時(shí)間最快也只能達(dá)到子器件的響應(yīng)時(shí)間最快也只能達(dá)到10-11s，而光子器，而光子器件可達(dá)到件可達(dá)到10-12 10-15s，差了，差了34個(gè)數(shù)量極，快個(gè)數(shù)量極，快100010000倍。倍。o 同時(shí)，同時(shí)， 光子在通常情況下互不干涉，具有并行光子在通常情況下互不干涉，具有并行處理信息的能力，在光計(jì)算中可大幅度提高信處理信息的能力，在光計(jì)算中可大幅度提高信息的處理速度。息的處理速度。o

4、 另外，在存儲(chǔ)能力、傳播速度、抗干擾能力等另外，在存儲(chǔ)能力、傳播速度、抗干擾能力等很多方面，光子器很多方面，光子器 件彌補(bǔ)了電子器件的很多不件彌補(bǔ)了電子器件的很多不足，為信息技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能性。足，為信息技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能性。o 為此，進(jìn)入為此，進(jìn)入21世紀(jì)，光子學(xué)與電子學(xué)將會(huì)成為世紀(jì)，光子學(xué)與電子學(xué)將會(huì)成為更密切的整合體，互為補(bǔ)充，相互促進(jìn)，把信更密切的整合體，互為補(bǔ)充，相互促進(jìn)，把信 息社會(huì)推向新的發(fā)展階段息社會(huì)推向新的發(fā)展階段 激光技術(shù)開辟了嶄新的軍事應(yīng)用，包括：激光技術(shù)開辟了嶄新的軍事應(yīng)用，包括：激光瞄準(zhǔn)、制導(dǎo)、測(cè)距激光瞄準(zhǔn)、制導(dǎo)、測(cè)距激光雷達(dá)激光雷達(dá)激光陀螺激光陀螺激光

5、引信激光引信激光致盲傳感器激光致盲傳感器高能強(qiáng)激光武器等。高能強(qiáng)激光武器等。 ABLABL一）激光偵測(cè)一）激光偵測(cè)Laser1）激光警衛(wèi)）激光警衛(wèi)光電探測(cè)器光電探測(cè)器夜色降臨，海面上有一無形的，視而不見，觸夜色降臨，海面上有一無形的，視而不見，觸而不覺的哨兵而不覺的哨兵-紅外激光探測(cè)器監(jiān)視著海面，紅外激光探測(cè)器監(jiān)視著海面，當(dāng)有不速之客到來，光線擋斷，光電探測(cè)器當(dāng)有不速之客到來，光線擋斷，光電探測(cè)器探測(cè)不到激光而進(jìn)行聲光報(bào)警探測(cè)不到激光而進(jìn)行聲光報(bào)警Laser2）激光測(cè)距）激光測(cè)距原理：原理：主要構(gòu)造：主要構(gòu)造： 激光發(fā)射器；激光發(fā)射器；電源和顯示裝置。電源和顯示裝置。激光接收器；激光接收器；記

6、時(shí)器記時(shí)器電電源源放大器放大器光電轉(zhuǎn)光電轉(zhuǎn)換換 器器距離顯示器距離顯示器Laser激光發(fā)射器；激光發(fā)射器；激光接收器；激光接收器；射向目標(biāo)射向目標(biāo)來自目標(biāo)來自目標(biāo)ctL21參考光用途：用途：能迅速而精確地測(cè)定目標(biāo)距離，將距離信能迅速而精確地測(cè)定目標(biāo)距離，將距離信 息直接輸送給火炮系統(tǒng)，大大提高武器的息直接輸送給火炮系統(tǒng)，大大提高武器的 射擊精度以及首發(fā)命中率。射擊精度以及首發(fā)命中率?，F(xiàn)狀：現(xiàn)狀： 在各兵種中普遍使用。分別安裝于各種在各兵種中普遍使用。分別安裝于各種 坦克、地炮、艦艇、飛機(jī)上（精度一米）坦克、地炮、艦艇、飛機(jī)上（精度一米） 也可改作測(cè)高儀，用于飛機(jī)上測(cè)量溝渠、也可改作測(cè)高儀，用于

7、飛機(jī)上測(cè)量溝渠、積雪、海浪、公路、樹林高度。積雪、海浪、公路、樹林高度。 現(xiàn)在研制現(xiàn)在研制 的激光相位測(cè)距儀，其精度可的激光相位測(cè)距儀，其精度可提高到提高到0。1米。米。戰(zhàn)例：戰(zhàn)例： 1982年年6月月6日日-11日。以色列對(duì)黎巴嫩戰(zhàn)日。以色列對(duì)黎巴嫩戰(zhàn)爭(zhēng)中，以色列在直升飛機(jī)上裝置了爭(zhēng)中，以色列在直升飛機(jī)上裝置了137枚陶枚陶氏反坦克導(dǎo)彈向黎巴嫩坦克發(fā)起攻擊。導(dǎo)彈氏反坦克導(dǎo)彈向黎巴嫩坦克發(fā)起攻擊。導(dǎo)彈137枚，命中了枚，命中了99枚。取得了很大的成功。枚。取得了很大的成功。戰(zhàn)果：戰(zhàn)果：投彈投彈-137枚枚命中命中-99枚枚死彈死彈-19枚枚因沒安裝激光測(cè)距儀因沒安裝激光測(cè)距儀而射遠(yuǎn)而射遠(yuǎn)-19

8、枚枚沒命中沒命中-38枚，枚， 其中：其中：3）激光雷達(dá)和跟蹤系統(tǒng)）激光雷達(dá)和跟蹤系統(tǒng)利用激光波束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位的裝置利用激光波束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位的裝置（一般雷達(dá)是利用微波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位）（一般雷達(dá)是利用微波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位）衛(wèi)星跟蹤測(cè)距儀衛(wèi)星跟蹤測(cè)距儀安裝在吊艙中的安裝在吊艙中的CLARA激光雷達(dá)激光雷達(dá)特點(diǎn)：特點(diǎn)：光波頻率高、波束窄光波頻率高、波束窄優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高；測(cè)量精度高；體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性能好。體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性能好。分辯率高；（波長(zhǎng)短，波束窄）分辯率高；（波長(zhǎng)短，波束窄）CO2激光雷達(dá)與微波雷達(dá)相比：測(cè)角精激光雷達(dá)與微波雷達(dá)相比：測(cè)角精度高五倍，

9、測(cè)速精度高一萬倍。度高五倍，測(cè)速精度高一萬倍。CO2激光雷達(dá)可分辯激光雷達(dá)可分辯450米處，米處，3.2mm的的金屬線。金屬線。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：受天氣影響，不能全天候工作。受天氣影響，不能全天候工作。以機(jī)場(chǎng)為背景的激光雷達(dá)站照片：以機(jī)場(chǎng)為背景的激光雷達(dá)站照片：4）激光偵察）激光偵察“室內(nèi)講話，墻外有耳室內(nèi)講話，墻外有耳”三）激光通信三）激光通信以激光作為載波傳遞信息的一種通信方式。以激光作為載波傳遞信息的一種通信方式。1）大氣激光通信）大氣激光通信構(gòu)造：構(gòu)造：調(diào)制器調(diào)制器Laser放大器放大器光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器解調(diào)器解調(diào)器放大器放大器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)發(fā)話器發(fā)話器受話器受話器發(fā)射望遠(yuǎn)鏡發(fā)射

10、望遠(yuǎn)鏡接收望遠(yuǎn)鏡接收望遠(yuǎn)鏡大氣傳輸大氣傳輸優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信輕便。保密性好，抗干擾優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信輕便。保密性好，抗干擾 能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：在大氣中傳輸，激光衰減嚴(yán)重，天氣影響缺點(diǎn)：在大氣中傳輸，激光衰減嚴(yán)重，天氣影響 大，且只能直線傳播，通信受到限制。大，且只能直線傳播，通信受到限制。2）空間激光通信）空間激光通信衛(wèi)星間的通信。衛(wèi)星間的通信。在接近真空的環(huán)境下進(jìn)行的激光通信，如衛(wèi)星與在接近真空的環(huán)境下進(jìn)行的激光通信，如衛(wèi)星與激光在真空中傳激光在真空中傳播播衰減小，可用小衰減小，可用小功率激光器實(shí)現(xiàn)功率激光器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。遠(yuǎn)距離通信。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：Laser3）水下（對(duì)潛）通信）水

11、下（對(duì)潛）通信利用波長(zhǎng)為利用波長(zhǎng)為0.460.53 m的蘭綠色激光（能穿的蘭綠色激光（能穿透幾百到幾千米海水）在海水中進(jìn)行通信。透幾百到幾千米海水）在海水中進(jìn)行通信。美國(guó)于美國(guó)于1981年在圣地亞年在圣地亞哥附近海域上空哥附近海域上空1200米米與水下與水下300米處潛艇用蘭米處潛艇用蘭綠色激光通信并獲成功綠色激光通信并獲成功讓載有信號(hào)的激光束通過光導(dǎo)纖維傳輸至對(duì)方讓載有信號(hào)的激光束通過光導(dǎo)纖維傳輸至對(duì)方以實(shí)現(xiàn)通信的方法。以實(shí)現(xiàn)通信的方法。4）激光光纖通信）激光光纖通信50 m100 m皮皮心子（石英）心子（石英）光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光纜光纜光放大器光放大器光光纜纜鄭州鄭州傳導(dǎo)原理：全反射傳導(dǎo)原理

12、：全反射優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）通信容量大；）通信容量大；每路電話占用每路電話占用4000Hz頻道，每路電視占用頻道，每路電視占用10MHz頻道。激光載波頻率高達(dá)幾百兆兆赫。頻道。激光載波頻率高達(dá)幾百兆兆赫?？赏瑫r(shí)容納上千萬套電視，更多路電話；可同時(shí)容納上千萬套電視，更多路電話；2）不受電磁、核爆炸的干擾，且噪聲低，失真??；）不受電磁、核爆炸的干擾，且噪聲低，失真??；3）保密性能好；）保密性能好；4）成本低，重量輕；）成本低，重量輕；用途：用途：1）遠(yuǎn)距離的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)；）遠(yuǎn)距離的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)；2）中距離的局部通信系統(tǒng)和）中距離的局部通信系統(tǒng)和C3系統(tǒng)；系統(tǒng)；3）空中布纜及飛機(jī)、艦艇、雷達(dá)

13、、導(dǎo)彈）空中布纜及飛機(jī)、艦艇、雷達(dá)、導(dǎo)彈 衛(wèi)星、飛船內(nèi)部的信息和通信連絡(luò)等。衛(wèi)星、飛船內(nèi)部的信息和通信連絡(luò)等。 1986年，美軍已開通年，美軍已開通12萬萬Km的海底光纖通信線的海底光纖通信線路。主要用于路。主要用于C3I系統(tǒng)。（指揮自動(dòng)化系統(tǒng)）系統(tǒng)。（指揮自動(dòng)化系統(tǒng)） 1989年日韓等國(guó)開通了橫跨太平洋的年日韓等國(guó)開通了橫跨太平洋的1.33萬萬Km的光纖通信線路。的光纖通信線路。 我國(guó)已開通我國(guó)已開通22條光纖通信干線，如南京到武條光纖通信干線，如南京到武漢，到上海，武漢到重慶、北京到廣卅、北京漢，到上海，武漢到重慶、北京到廣卅、北京到哈爾賓、上海到烏魯木齊等。歐亞大陸光纖到哈爾賓、上海到烏

14、魯木齊等。歐亞大陸光纖通信線路的國(guó)內(nèi)已開通。通信線路的國(guó)內(nèi)已開通。 目前已發(fā)明了目前已發(fā)明了摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器，遠(yuǎn)距離通信不，遠(yuǎn)距離通信不必更多的光電轉(zhuǎn)換式光放大器，因而可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距必更多的光電轉(zhuǎn)換式光放大器，因而可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。離通信?，F(xiàn)狀：現(xiàn)狀： 戰(zhàn)時(shí)，這些設(shè)施將都是具有戰(zhàn)略意義的。因戰(zhàn)時(shí)，這些設(shè)施將都是具有戰(zhàn)略意義的。因?yàn)橥ㄐ攀菓?zhàn)爭(zhēng)的為通信是戰(zhàn)爭(zhēng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。三）激光制導(dǎo)三）激光制導(dǎo) 利用激光控制炸彈、炮彈、導(dǎo)彈，使這之利用激光控制炸彈、炮彈、導(dǎo)彈，使這之“長(zhǎng)長(zhǎng)上眼睛上眼睛”，盯住目標(biāo)，窮追不舍，直到將它消滅。，盯住目標(biāo)，窮追不舍，直到將它消滅。1）激光波束（駕束）制

15、導(dǎo)）激光波束（駕束）制導(dǎo)制導(dǎo)原理：制導(dǎo)原理：裝置：裝置：A-激光照射器；激光照射器；B-導(dǎo)彈發(fā)射器；導(dǎo)彈發(fā)射器；C-尾部帶有激光接尾部帶有激光接 收器的制導(dǎo)導(dǎo)彈。收器的制導(dǎo)導(dǎo)彈。AC此外，美國(guó)已鋪設(shè)一萬五千此外，美國(guó)已鋪設(shè)一萬五千Km的的“信息高速公路信息高速公路”。BC激光器向目標(biāo)照射激光激光器向目標(biāo)照射激光導(dǎo)彈發(fā)射器發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈發(fā)射器發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈尾部激光接收器接導(dǎo)彈尾部激光接收器接收激光束信號(hào)，依接收收激光束信號(hào)，依接收的信號(hào)強(qiáng)弱使導(dǎo)彈保特的信號(hào)強(qiáng)弱使導(dǎo)彈保特在激光束中，直至命中在激光束中，直至命中目標(biāo)。目標(biāo)。A AAA激光駕束制導(dǎo)激光駕束制導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)小巧、輕便、系統(tǒng)小巧、輕便

16、、適用于單兵使用；適用于單兵使用；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：技術(shù)難度大。技術(shù)難度大。B彈體彈體2）半主動(dòng)式激光制導(dǎo)）半主動(dòng)式激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭導(dǎo)引頭控制倉控制倉45678123構(gòu)造：構(gòu)造：A）激光照射器）激光照射器B）導(dǎo)彈發(fā)射器）導(dǎo)彈發(fā)射器C）裝有）裝有“尋的器尋的器”的導(dǎo)彈的導(dǎo)彈1-濾光器；濾光器； 2-透鏡；透鏡； 3-光敏元件；光敏元件；4-放大器放大器5-計(jì)算器；計(jì)算器；6-自動(dòng)駕駛儀；自動(dòng)駕駛儀； 7-舵面伺服儀。舵面伺服儀。電源電源彈體彈體導(dǎo)引頭導(dǎo)引頭控制倉控制倉456781231-濾光器；濾光器；2-透鏡；透鏡；3-光敏元件；光敏元件；4-放大器放大器 5-計(jì)算器；計(jì)算器；6-自動(dòng)駕駛儀；自動(dòng)駕駛儀；7-舵面伺服儀。舵面伺服儀。四象限器四象限器導(dǎo)彈保特原飛行方向?qū)棻Ｌ卦w行方向發(fā)出糾偏信號(hào)，改變導(dǎo)彈飛行發(fā)出糾偏信號(hào)，改變導(dǎo)彈飛行方向，指向目標(biāo)。方向，指向目標(biāo)。發(fā)出糾偏信號(hào)，改變導(dǎo)彈飛行發(fā)出糾偏信號(hào)，改變導(dǎo)彈飛行方向，指向目標(biāo)。方向，指向目標(biāo)。半主動(dòng)式激半主動(dòng)式激光制導(dǎo)過程光制導(dǎo)過程是目前較成熟的一種激光制導(dǎo)方式是目前較成熟的一種激光制導(dǎo)方式，多用于對(duì)付地面目標(biāo)。如激光制，多用