激光隐身材料的隐身性能

日期：2019-06-15 11:32

1.基础理论

激光隐身材料主要性能参数是光谱反射比,它是材料反射与入射的辐射通量或光通量的光谱密度之比,它包括镜反射比和漫反射比两部分,由于激光隐身材料通常接近于漫反射体,镜反射比一般很小,可以用漫反射比近似评价激光隐身材料的性能。反射率是指当材料的厚度达到其反射比不受厚度的增加而变化时的反射比般情况下,激光隐身材料都有一定厚度,其厚度变化不影响反射比因此,评价激光隐身材料性能的参数可称为光谱漫反射率或光谱反射率。目标在激光工作波长的反射率越小,目标的激光隐身效果就越好材料隐身性能就是对目标的反射率的测量。激光测距、激光跟踪和激光测速系统在测量距离的要求及分析方法方面是一致的。

2.光学干涉隐身

利用光学干涉原理来设计和研究光谱吸收涂料也是一种重要手段。因此只要适当选择具有合适折射率的隐身涂料,并严格控制薄层的厚度,就可以制备在某一特定波长反射率很小的涂料,达到特定波长激光隐身的目的,但在实际涂覆时,由于涂层的厚度不易精确掌握,而且吸收波段窄,因此,该方法的实际应用具有一定的技术难度。

3.掺杂半导体材料隐身

根据半导体连续光谱理论,可见红外波段光波在半导体中的传播特性与所谓等离子,密切相关。

4.光致变色材料隐身

光致变色技术是利用某些介质的物理或化学特征,使入射激光波穿透或反射后变成另一种波的光波。以无机化合物为例。研究表明,很多掺稀土和过渡金属离子的晶体,能使入射激光穿透或反射后变成另一波长的光波。其光致变色的物理机制是利用物质受激发射斯托克斯荧光来实现的,物质的荧光是较高能级对较低能级的自发跃迁辐射,发射荧光的波长大于激发光的波长有两种情况:一种是原子吸收光子被激发后从激发态通过发射荧光返回到比基态稍高的某个能级上,如图6-1所示。种情况是所谓碰撞辅助发射,碰撞辅助是指两个很靠近的能级存在有效的碰撞混合,通过碰撞,被激发到高能级后的原子过渡到比激发态稍低的某个能级上,再从这个能级向下跃迁发射荧光,如图6－2所示。由此可见,为实现光致变色隐身所选择的材料必须具有如图6-1、图6-2所东的两种能级结构,并且对其入射激光具有强的选择吸收。某些品体材料由于强弱振子介电耦合原因能够在某一波长,如1.06m处有强吸收性能因此,用合适的光致变色材料制成隐身涂料,就有可能实现激光隐身。

5.强吸收材料隐身

采用低反射高吸收的物质对目标进行激光隐身。这类材料的吸收可以分为线性吸收、非线性吸收以及选择性吸收等。线性吸收型主要有金属氧化物、金属有机配合物。比如有些稀土氧化物由于能级丰富,在1.06m波长附近出现了特征吸收峰。有些金属配合物在近红外和中远红外出现吸收带非线性吸收的物质,比如具有反饱和吸收和双光子吸收的物质,如C、酞染料等,Kmam,G,A等研究LaPe、NP、EuPe时发现它们其有反饱和吸收特性,由于反饱和和双光子非线性吸收物质的激光能量阈值比较大,限制了其在激光隐身材料方面的应用。最近有人报道铁的超细粉具有强烈的红外吸收性能可见这类物质将在激光隐身材料中具有重要的价值。当波长的能量大于半导体禁带宽度时,对应的激光将被强烈地吸收,由于目前大量装备的激光制导武器都采用1.06m的激光波长,所以采用合适能带宽度的半导体能有效实现激光隐身。

6.漫反射涂层

如果材料有高大角度激光反射率,就有可能降低目标的激光可视性,实现对激光探测方式的隐身。研究表明,当表面具有一定的粗糙度时,表面无序引起的散射关系发生了变化,入射电磁波和表面电磁模式的耦合成为可能。而且,人射电磁波转换成表面电磁模式以后在沿表面传播过程中,由于表面粗糙无序性形成的随机散射势,使表面电磁模式形成所谓 Anderson局域而被表面吸收,比辐射率、镜反射率和漫反射率都很低,从而以实现激光隐身。

7.采用高透和导光材料隐身

由于探测用的激光能量比较小,对于一般的设备不产生大的伤害,可以采用对激光波长具有高透射性能的材料,把激光能量导入到介质中然后通过改变激光的出射途径或者在目标内部把激光吸收掉,比如可以把保护层设计成夹层状,夹层里充入对激光吸收能力很强的物质以实现激光隐身。
8.效果评估

激光隐身效果的评估有两种方法,一种是利用激光测距机对隐身目标进行测量;另一种是利用激光半主动导引头模拟器对隐身目标进行实时探测。

①激光测距评估。激光隐身效果可通过激光测距机测距做出评价。将实验激光隐身的目标设于试验地点,用GPS对试验点进行定位,用激光测距机对目标多次测距,以GPS给出的距离为真值,比较激光测距机测试距离,将准确测试次数与总测距次数相比,测定准测率。将激光测距机和隐身目标分开一定距离架设,并使目标做远距离测距机的移动。同时激光测距机对目标连续测距,直至无法测量时,记录最大测试距离,在确定准测率下对测试最大距离进行计算,得出最大测程。

②激光探测评估。激光隐身效果可通过对激光半主动寻的器对目标的探测概率做出评价。将激光半主动寻的器与激光目标照射器分开一定角度架设,使实施激光隐身的目标在不同距离上运动,激光目标照射器对目标进行照射,记录统计激光寻的器对目标的探测概率,与目标不实施隐身时的探测概率相比较,从而评价目标的隐身效果。

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