美国成功测试“圣剑”激光器样机

美国成功测试“圣剑”激光器样机

高能激光可执行多种军事任务，特别是作为武器或用于高速通信。然而，激光系统的尺寸、重量和电力需求 (SWaP）限制了其在军事平台上的应用。即使激光系统的SWaP问题得以解决，大气的扰动也将使激光束在目标上的光斑变大，影响其功率密度，进一步限制远距离上激光对目标的效率。

近期，美国国防部先进研究项目局 (DARPA）的“圣剑” (Excalibur）项目成功开发了一型21单元的光阵列 (OPA），阵列中每个单元驱动一束光纤激光放大器。该低功率阵列可在7 km的距离上打击目标，比现有激光武器提高了4 km多。该阵列包括3个直径为10 cm的簇，每个簇包括7台紧凑型光纤激光器。

“本次成功的试验提供了大量OPA激光器的数据，证明其性能可超过采用传统光学方法的激光器。”DARPA项目经理曼加诺称，“同时，该试验也证明该技术可放大至更大的功率，且性能稳定。DARPA计划在未来3年内测试更高功率的样机，最终输出功率将达100千瓦级水平。”

除了可以放大，“圣剑”样机同样验证了其近乎完美的大气湍流修正能力，其性能远高于传统光学激光器。虽然短距离内大气扰动不会产生较大影响，但大气密度的变化将使光束发散，并影响其均匀性、产生弥散、导致光斑跳动，进而降低光束作用在目标上的能量。近期“圣剑”样机的验证采用了超快速优化算法，有效“冻结”了大气扰动，之后在亚毫秒时间量级上对静态光学大气相差进行修正，将激光传输效率最大化。这些实验验证了OPA可主动修正严重的大气失真。本次试验距离地面数十米高，此处的大气效应将对未来海军、海军陆战队和陆军应用产生重大影响。此外，这些实验证明OPA可能对机载激光器的边界层扰动修正产生重大影响。

实验的成功有助于“圣剑”激光系统提高至100 kW功率水平，并采用超低SWaP配置与现有平台兼容。对“圣剑”光纤光学激光阵列的继续研发和测试，有望于出现比现有激光武器轻10倍且更为紧凑的激光武器系统。未来的测试将集中在更严酷的环境和更高的功率下进行。这些技术有望改进激光武器的可靠性和作战性能，可用于诸如飞机自防御系统和弹道导弹防御。

光纤激光器阵列功率效率超过35%，并且拥有近乎完美的光束质量，这些系统可达到超低的SWaP需求，扩大了搭载平台的范围。除了激光武器，该技术也可用于低功率激光器，如激光通信和目标搜索、识别。