第7章光電子技術(shù)在現(xiàn)代社會中的應用

第7章

光電子技術(shù)在現(xiàn)代社會中的應用7.1光電子技術(shù)與信息社會7.2光電子技術(shù)與新能源、光加工7.3光電子技術(shù)應用于公安國防

7.4光電子技術(shù)支撐著生物醫(yī)學

前6章介紹了光電子技術(shù)與系統(tǒng)的關(guān)鍵器件和應用技術(shù)，展示了光電子技術(shù)的飛速發(fā)展。

可以感到，光電子技術(shù)在現(xiàn)代社會中是多么重要。

本章特別選擇對人類社會有重大影響的信息、能源、公安國防、生物醫(yī)學等領(lǐng)域，進一步介紹光電子技術(shù)的重要作用。7.1光電子技術(shù)與信息社會

21世紀人類進入了信息時代。

光電子技術(shù)是信息技術(shù)的核心技術(shù)，它——無處不在。

光通信、互聯(lián)網(wǎng)、手機、光顯示、光存儲、光傳感、計算機系統(tǒng)、宇宙探索.....，豐富多彩的信息技術(shù)融入人們的生活，在各行各業(yè)中大顯神通。一、光通信

1966年7月諾貝爾物理學獎獲得者高錕就光纖傳輸發(fā)表了具有重大歷史意義的論文，揭開了光纖通信輝煌發(fā)展的第一頁。

半導體激光器、光電探測器的問世，以及數(shù)字技術(shù)和集成電路的發(fā)展，推動了光纖通信的實用化進程。

光纖通信的問世，使通信技術(shù)發(fā)生了巨大的變化，極大地提高了傳輸容量和距離。

20世紀90年代“信息高速公路”的提出和興起，特別是Internet的發(fā)展和普遍應用，推動人類步入信息社會。

光纖通信系統(tǒng)作為信息基礎(chǔ)設(shè)施中最重要的組成部分和社會的“神經(jīng)系統(tǒng)”，面對著前所未有的挑戰(zhàn)。

為了實現(xiàn)高速、寬帶、大容量的光纖通信，一系列技術(shù)突破令人矚目：單波道傳輸速率越來越高：

2.5Gb/s→10Gb/s→40Gb/s，實驗室水平達到160Gb/s；波分復用（WDM）道數(shù)越來越多：在一根光纖上實現(xiàn)多波道傳輸，密集波分復用（DWDM）以波道間隔50GHz可在全波光纖（1280～1652nm）上實現(xiàn)約1000個波道。若每波道傳輸速率為40Gb/s，可實現(xiàn)單纖容量40Tb/s。光纖放大器EDFA實用化是近十多年國際上信息光電子技術(shù)突破性的成就，它的出現(xiàn)導致了光通信技術(shù)的革命。繼而GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA、RFA相繼實現(xiàn)，已經(jīng)覆蓋1365～1650nm波長范圍。

支撐光通信技術(shù)產(chǎn)生飛躍的光電子器件發(fā)展迅速：高速、寬帶的半導體激光器、光電探測器、可調(diào)諧激光器、光纖放大器的泵浦源、半導體光放大器、高性能光調(diào)制器、光收發(fā)一體化模塊、波長可選擇、可調(diào)諧、性能參數(shù)可動態(tài)控制的光電子器件模塊。

支撐全光網(wǎng)發(fā)展的新型光纖及光纖器件、光濾波器件、光開關(guān)及光交換技術(shù)等取得激動人心的進展。除了以光纖為媒介的通信技術(shù)外，還有無線光通信，如地面的大氣光通信，宇宙空間的衛(wèi)星光通信等。

大氣光通信利用激光束在空氣中的定向傳播，通信容量大、速度快、保密性好、不需敷設(shè)線纜、靈活輕便和易于安裝維護。特別適合于需要快速搶通及不便敷設(shè)電纜及光纜的場合。

隨著宇宙空間技術(shù)的發(fā)展，越來越需要衛(wèi)星光通信技術(shù)。用于軌道衛(wèi)星、空間站、航天飛機與地面站之間的通信，還可以用于光纖通信骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的無縫連接，利于實現(xiàn)全光網(wǎng)。

衛(wèi)星光通信是在衛(wèi)星航行中通信，通信距離長，更是需要大功率半導體激光器、高靈敏度探測器和瞄準、捕獲、跟蹤技術(shù)。

二、互聯(lián)網(wǎng)

建立在光纖通信網(wǎng)基礎(chǔ)上的互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全球的信息交流和資源共享。

上網(wǎng)瀏覽、資源下載、收發(fā)郵件、視頻聊天、網(wǎng)上電影、音樂、游戲、購物……已成為現(xiàn)代人日常生活的一部分。電子郵件、數(shù)據(jù)傳遞、電子政務(wù)、電子商務(wù)、電子醫(yī)務(wù)等，已成為人們必不可少的新的工作和生活方式，現(xiàn)代人進入了網(wǎng)絡(luò)時代。

進一步，全光組網(wǎng)技術(shù)和IP技術(shù)成為光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的單功能網(wǎng)絡(luò)—電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)趨于三網(wǎng)融合，形成全光互聯(lián)網(wǎng)。

這將是一個完全無阻塞的、透明的、靈活的、可重構(gòu)的、高可靠的、安全的新一代網(wǎng)絡(luò)。運行多業(yè)務(wù)服務(wù)和三網(wǎng)的全業(yè)務(wù)服務(wù)，對人類的信息服務(wù)實現(xiàn)快速、高效、高質(zhì)量、低廉和個性化。三、手機

隨時隨地通話、收發(fā)短信，方便快捷地上網(wǎng)、游戲，即時攝像記下精彩的瞬間……，手機，已成為人人手持的最愛。

絢麗多彩的顯示屏、精巧的攝像裝置、LED標識，展示著光電產(chǎn)品的貢獻。四、光顯示平板顯示、投影顯示和多種多樣的顯示器件（真空熒光陣列、LED陣列、OLED、液晶、硅基液晶、等離子體屏、數(shù)字微鏡陣列DMD、場致發(fā)射等）廣泛應用于各種儀器的顯示屏；計算機、電視機的顯示屏；公路、鐵路、水運、航空的交通信息顯示；調(diào)度指揮中心大屏幕顯示：航天發(fā)射、交通疏導、救災搶險、公安行動等；證券、金融、廣告、商場信息顯示；體育場館、展覽會大屏幕顯示；城市廣場、商業(yè)街區(qū)播發(fā)新聞、影視的全彩大屏幕；文藝演出的投影背景、大型活動的燈光布景；以及景觀照明等。光顯示是信息技術(shù)的重要組成部分。五、光傳感

為了人們健康平安地生活，為了生產(chǎn)的高效率、安全和自動化，需要對溫度、應力、速度、煙氣、輻射、電、磁、化學等等多種參量進行監(jiān)測和控制。

各種傳感器用來獲取這些參量，將其轉(zhuǎn)換為電信號、輸入計算機作信息處理分析與控制。

光傳感是獲取信息的一種先進的傳感技術(shù)，它是用光來探測這些物、化參量形成光信息，具有無損、非接觸、可在線、快速、實時獲取信息、精度可達光波長量級的優(yōu)點。光傳感信息利于傳輸、光電變換與處理。這里僅例舉幾種光電傳感器、光纖傳感器的應用

1.光電傳感器敏感元件由各種光電探測器構(gòu)成。⑴光電火災報警器：(a)(b)(a)感煙報警器

(b)火焰報警器

(c)感煙報警器

工作原理當火災發(fā)生、煙霧進入光學暗室，煙顆粒造成光散射，受光元件接收散射光，產(chǎn)生光電流，推動揚聲器報警。

⑵光柵讀數(shù)頭位移傳感器

利用光柵對形成莫爾條紋，可以精密測量位移，在工業(yè)自動控制中應用廣泛。

光柵讀數(shù)頭是莫爾條紋技術(shù)的核心部件，由光源系統(tǒng)、標尺光柵、指示光柵、四相光電探測器組成。

讀數(shù)頭1讀數(shù)頭2標尺光柵隨檢測對象移動，測位移精度為1/4柵距；再由電子細分，可獲更高精度。⑶三維傳感測量

精確測出三維物體表面形貌，在實物仿形加工、機器視覺、生物醫(yī)學、計算機輔助設(shè)計等領(lǐng)域有廣泛應用。

將結(jié)構(gòu)光信號（如一維條紋）投射到被測物表面，CCD攝像機接收載有變形條紋的物面圖像；由計算機圖像處理解調(diào)，得出物體曲面數(shù)據(jù)，并重建三維圖像。

2．光纖傳感器

依據(jù)光纖中傳輸光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長等）受到外界因素（溫度、壓力、磁場、電場、位移、轉(zhuǎn)動……）的作用而發(fā)生變化來探測這些因素，光纖、光纖器件（如光纖光柵）為敏感元件。

光纖傳感器的光信號傳輸?shù)浇K端，再由光電器件轉(zhuǎn)換為電信號。

光纖及光纖器件是電介質(zhì)材料，在傳感及傳輸中是用光，故是本質(zhì)安全的?？闺姶鸥蓴_、電絕緣、耐高溫、耐腐蝕、體積小、重量輕、柔韌可變、測量靈敏度高、測量對象廣泛。

在大型機電、石油化工、冶金高壓、強電磁干擾、易燃、易爆、強腐蝕環(huán)境監(jiān)測中，它必是首選。

利用光纖優(yōu)異的傳輸性能和現(xiàn)有光通信技術(shù)可組成遙測網(wǎng)；沿光纖路徑的詢訪技術(shù)和光纖器件可作為分布式點傳感，可構(gòu)成分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。

這是光纖傳感的最大優(yōu)勢，這一特性可用于各種建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，如隧道、橋梁、高樓、大壩、發(fā)電廠、航天器等。

⑴光纖電流傳感器在強電磁環(huán)境中，需要對電流進行監(jiān)測。

利用光纖材料的法拉第效應的光纖電流傳感器

導線中的電流?在光纖中產(chǎn)生磁場，該磁場使光纖中的線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度：

只要確定θ，即可測得I。

光纖出射光經(jīng)偏振棱鏡分為兩束偏振方向互相垂直的線偏振光，分別由兩個光探測器接收得電信號J1、J2

。

有關(guān)系式：經(jīng)信號處理，得出θ。

光纖電流傳感器可廣泛應用于電力系統(tǒng)，如安裝在發(fā)電機、變電站等，是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵部件。⑵光纖光柵應變傳感器在光纖上光刻光柵，得到光纖光柵器件。

光纖布拉格光柵（FBG）的光柵方程為：用FBG測量簡支梁受壓產(chǎn)生應變

FBG受到應力作用，neff

與Λ都會有變化，則造成λB改變。用光譜儀測出?λB

，就可測定應變大小。

將多個FBG分點埋置于建筑材料內(nèi)、飛行器的蒙皮中，構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，可有效地監(jiān)測、維護橋梁、隧道、高樓等建筑和飛行器的安全。

溫度變化也同樣引起FBG的λB改變，將FBG置于測溫點，則可由?λB

測出溫度變化，即為光纖光柵溫度傳感器。⑶光纖陀螺儀是利用Sagnac光纖干涉儀實現(xiàn)高精度旋轉(zhuǎn)測量的裝置。

Sagnac光纖干涉儀的結(jié)構(gòu)

激光由3dB耦合器1：1分束進入光纖環(huán)兩端，逆向傳播。如光纖環(huán)按一定方向旋轉(zhuǎn)，角速度為Ω，則兩路光有光程差ΔL：

，兩光有位相差：

兩光到光纖環(huán)終端在3dB耦合器合光干涉，干涉光被探測器接收

。通過干涉光強確定兩光位相差ΔФ，由此可精確得出旋轉(zhuǎn)角速度Ω。

光纖陀螺儀可設(shè)置多個軸向，測定多個方向的角速度，從而對飛行體的軌道姿態(tài)進行控制。3.光纖傳感的航天應用航天條件環(huán)境嚴苛、特殊：航天器內(nèi)處于微重力（失重）、準真空、有空間高能粒子輻射（r射線、質(zhì)子、電子、高能離子等），會遭遇溫度劇變，航天器發(fā)射時會受到劇烈振動和沖擊……，因此需要運用傳感器時實監(jiān)測各個部位是否正常、安全，同時也對傳感器的性能和安裝提出了很高的要求。光纖傳感器安全性好、重量輕、低能耗、高精度、布點靈活、可嵌置于復合結(jié)構(gòu)材料內(nèi)、容易實現(xiàn)多參量傳感，在航天活動中非常重要。衛(wèi)星：監(jiān)測結(jié)構(gòu)和載荷的高頻振動、隔離振動、應變情況；監(jiān)測助推器的壓力、閥門狀態(tài)和溫度（-40～400OC）；光纖陀螺儀用于衛(wèi)星軌道姿態(tài)控制。運載火箭：監(jiān)測發(fā)動機、燃料箱、火箭結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度、壓力、應變、加速度、閥門狀態(tài)和是否泄漏。返回艙：以超音速返回大氣層，經(jīng)歷強烈摩擦生熱、熱氣動力學影響，需要進行熱保護系統(tǒng)的高溫監(jiān)測，對其應變監(jiān)測，以提供返回艙適用性評價。

國際空間站：光纖傳感器在國際空間站進行的生命科學、物理學領(lǐng)域的科學研究中大量運用。航天飛船的地面檢驗：特高溫下（2000oC）發(fā)動機噴咀的壓力、熱流檢測、天線反射器高頻噪聲沖擊檢測，都采用了光纖光柵傳感器。太陽能電池板檢驗：航天器的太陽能電池板，表面極大，甚至大到數(shù)千m2，而結(jié)構(gòu)極薄，面質(zhì)量密度小到10g/m2或更小，還要求有足夠強度。這就要掌握太陽能電池板應變動力學及運動姿態(tài)，顯然光纖傳感器方能勝任。六、光存儲

21世紀是數(shù)字化和多媒體化的3T時代：信息的容量以太位計（1012bit，Tb），流速（Tb/s），頻率以太赫茲（THz）計，即時間響應為皮秒（ps）。計算機外存儲容量需求將從百GB發(fā)展到1TB。

高分辨率數(shù)碼相機、高清晰度數(shù)字錄像機、攝像機以及數(shù)字電影，存儲容量的要求也在TB量級。時間存儲器直徑容量（單面）20世紀90年代CDφ5″0.6GB本世紀初DVDφ5″4.7GB目前HD-DVDφ5″15GBBDφ5″25GB光盤存儲器的發(fā)展

今后幾年，采用多層復合技術(shù)的藍光Φ5″光盤容量將達到100GB。更新的超高密度光存儲技術(shù)正在研究中：2011年7月，報道了DVD尺寸的500GB全息光盤，實用化的1TB（1000GB）光盤為時不遠。七、計算機系統(tǒng)

計算機是信息系統(tǒng)的核心，除了顯示屏、光盤驅(qū)動器、光電鼠標等本機光電配件外，還有一系列光電輸入輸出設(shè)備配合計算機工作，構(gòu)成高質(zhì)量、高效率工作系統(tǒng)。激光打印機、掃描儀、激光復印機、光電子數(shù)碼復合機等是辦公自動化必須配備的；

光電子投影儀是會議報告、講座、娛樂、影視、家庭影院不可缺少的；

光電子白板實現(xiàn)了信息演示、編輯、打印、板書存儲和遠程交互共享，可應用于會議信息交流、課堂或遠程教育等需要大面積投影、書寫、記錄、顯示等場合。

計算機、光電子白板、投影儀組合成電子講臺，并與網(wǎng)絡(luò)連接，實時、交互、高效、美觀、方便，在電化教學、遠程教育、培訓和各種會議領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用。書寫筆在計算機顯示屏上書寫和擦除。書寫內(nèi)容顯示在光電子白板上、投影在大屏幕上，還可存儲在電腦中，并遠程發(fā)送。7.2光電子技術(shù)與新能源、光加工

人類社會的現(xiàn)代化進程使能源消耗增長很快。進入21世紀,發(fā)展經(jīng)濟不能只計算產(chǎn)值,還要計算能耗。

能源枯竭和環(huán)境污染已成為全球性的問題,在節(jié)約能源和保護環(huán)境的前提下發(fā)展經(jīng)濟已成為各國的共識,迫切需要開發(fā)出可再生而不污染環(huán)境的清潔能源。

應用光電子技術(shù)獲取干凈、安全、經(jīng)濟的新能源，是人類生存的主要希望所在。7.2.1太陽能利用

太陽能是人類可以利用的最豐富的能源，地球表面每年接收到的太陽能高達1.8*1018kW.h。

太陽能可以就地開發(fā)利用，不需運輸；太陽能是潔凈能源，開發(fā)利用時，不會造成污染和公害。一、太陽能光伏發(fā)電用光電池接收太陽能，經(jīng)光伏效應轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

太陽電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池

結(jié)晶型光電池光電轉(zhuǎn)換效率高，但成本也較高。目前,結(jié)晶型太陽電池已經(jīng)商品化,占光伏市場份額的90%以上。

薄膜太陽電池的特點是成本低。非晶硅薄膜電池已經(jīng)商品化,占整個光伏市場份額的8.9%左右。

合金薄膜電池如銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池,屬于多元化合物半導體異質(zhì)結(jié)太陽電池。生產(chǎn)成本低，性能穩(wěn)定，抗輻射能力強，光電轉(zhuǎn)換效率目前居于各種薄膜太陽電池之首，光譜響應范圍寬。以柔軟的超薄聚合體作電池的襯底，輕便可折疊。

理論上CIGS單電池的轉(zhuǎn)換率將達到25%、組件的轉(zhuǎn)換率將達到18%,被國際上稱為下一代最有前途的廉價太陽電池之一。

目前正在研發(fā)Cu2ZnSnS4(簡稱CZTS)薄膜太陽電池。CZTS薄膜光吸收系數(shù)大，禁帶寬度好，組成元素廉價且無毒，將有很好的應用前景。

太陽電池的發(fā)展方向：提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低成本，爭取電價可與市電競爭。努力發(fā)展薄膜電池。

預計到2020年，全球電能的1.1%將由光伏發(fā)電提供；2040年達到21%～26%；2050年后，將超過50%。光伏發(fā)電將成為全球電網(wǎng)的主要能源。二、太陽能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)1．太陽能熱水器是利用太陽輻射能來加熱水的裝置。

?它的集熱器表面有一特殊的涂層，對太陽能可見光范圍有很大的吸收率，吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁菇佑|的水變熱；

?熱水比重小，上升至保溫水箱；冷水比重大，下降入集熱器受熱；經(jīng)過反復循環(huán)，水箱中的水逐漸變熱，達到額定的水溫。太陽能熱水器節(jié)能環(huán)保、價格低廉。比煤氣熱水器、電熱水器安全可靠，運行費用低，使用壽命長。

我國有超過13億人口，3.5億個家庭。每日每戶供應60o熱水100L，全年耗電6643×108kW·h，會用掉全國年發(fā)電量的一半，電費約為4000億元，費用極大。

我國擁有目前世界最大的太陽能熱水器市場，也是最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國。2.太陽能空調(diào)制冷技術(shù)

空調(diào)能耗在民用能耗中占有相當大的比重，利用太陽能驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)對于節(jié)能環(huán)保有十分重要的意義。太陽能制冷的主要途徑是：進行光熱轉(zhuǎn)換，用熱作為能源驅(qū)動吸收式制冷機工作。

吸收式制冷是由兩種物質(zhì)組成的二元溶液作為工質(zhì)來進行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強下有不同的沸點，高沸點的組分稱為吸收劑，低沸點的組分稱為制冷劑。

溴化鋰一水是常用的一種工質(zhì)：溴化鋰是吸收劑，白色結(jié)晶，易溶于水，無毒無害，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不會變質(zhì)；水為制冷劑，其蒸發(fā)汽化會吸收大量的熱從而制冷。

太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活熱水等多項功能。

3．太陽能干燥技術(shù)人類生活中有許多需要干燥處理的場合：食品、農(nóng)副產(chǎn)品的干燥保存，衣物被褥的干燥防霉，產(chǎn)品加工中物料的干燥作業(yè)等。

通常的太陽能干燥方法就是自然攤曬，干燥效率低，時間長，占地面積大，易受風沙、天氣影響，并受蚊蟲、蒼蠅、環(huán)境污染?，F(xiàn)在開發(fā)了多種類型太陽能干燥器，關(guān)鍵技術(shù)包括：

⑴空氣集熱器的研制：利用太陽能把空氣加熱升溫，產(chǎn)生熱風。⑵設(shè)計合適的干燥器構(gòu)型，使鼓入熱風干燥效率高。⑶制定合理的干燥工藝及濕度檢測方法，以實現(xiàn)科學流程及控制。太陽能干燥器使產(chǎn)品干燥、衛(wèi)生、無污染，節(jié)煤省電，保護環(huán)境。三、建筑物的太陽能綜合利用利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，實現(xiàn)“零能耗建筑”，是太陽能利用的一個新的發(fā)展方向，主要有：①太陽能光伏發(fā)電：供電、照明；②太陽能光熱系統(tǒng)：制冷、采暖、供熱；③太陽能光纖照明：陽光采集裝置自動跟蹤收集陽光，由光纖將陽光導入室內(nèi)，實現(xiàn)自然光照明；④太陽灶：將陽光聚集獲得高溫，用于烹制食物。四、太陽能海水淡化技術(shù)海水淡化是人類追求數(shù)百年的夢想。地球表面的大部分都覆蓋著水，但是97%是又苦又咸無法使用的海水。

3%的淡水中又有77%是地球兩極的冰蓋、冰川、冰雪。實際上人類可利用的淡水只占全球水量的0.7%，而且大部分是地下水。因此，缺水已經(jīng)威脅到城市、鄉(xiāng)村。

利用太陽能蒸發(fā)海水，將水蒸發(fā)與鹽類分離，再將水蒸氣凝為液態(tài)淡水，收集供使用。

盤中海水被太陽輻照蒸發(fā)為水蒸氣，在傾斜蓋板上凝結(jié)成淡水，流入集水溝，被集水槽收集。

太陽能與海水是取之不竭的，是人類解決水荒的可行途徑。7.2.2慣性約束核聚變

核聚變反應是輕原子核聚變?yōu)橹卦雍藭r所釋放的能量。太陽和其它恒星的能量都來自核聚變反應。

目前核電站主要是利用鈾核裂變反應釋放出能量來發(fā)電的，而鈾核裂變會產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，如果造成核泄漏事故將是災難性后果。

核聚變反應本身不會產(chǎn)生放射性物質(zhì)，聚變能量是一種沒有污染的干凈能源。

慣性約束核聚變是利用高功率紫外激光束均勻輻照氘、氚等熱核燃料組成的微型靶丸（直徑約幾毫米的小球）。靶丸球表面受激光輻照，因瞬間吸收高能量激光束發(fā)生電離和消融，從而形成包圍靶芯的高溫等離子體。

等離子體膨脹向外爆炸的反作用力是極大的向心聚爆的壓力，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，相當于地球上大氣壓力的十億倍，并伴隨著溫度的急劇上升。

當溫度達到所需要的點火溫度（約幾十億度）時，引起氘氚燃料的核聚變反應。

小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（10-12s）。如每秒鐘發(fā)生3～4次這樣的爆炸并持續(xù)下去，釋放的能量就相當于百萬千瓦級發(fā)電站。

氘、氚是氫的同位素，發(fā)生聚變反應時聚合為較重氦核He4，釋放出巨大能量。

氘存在于海水中，即重水；氚由聚變反應產(chǎn)生的中子與鋰（Li）反應產(chǎn)生，鋰在地殼與海水中有大量蘊藏。微型靶丸由冰凍的氘、氚混合物組成，其靶材是取之不盡的。

關(guān)鍵在于要實現(xiàn)靶丸球點火，這就要高功率巨型激光裝置。

本世紀初，美國建造了耗資12億美元的激光裝置—國家點火裝置（NIF），進行激光核聚變反應實驗。

NIF共有192路激光束，裝置占地面積200×85㎡，總輸出功率高達5千億千瓦（5×1014W），相當于美國全國發(fā)電量的1000倍！

我國是開始慣性約束核聚變研究最早的國家之一。德高望重的科學家王淦昌先生早在1964年獨立提出了慣性約束核聚變的概念，這在世界上是最早的慣性約束核聚變的建議之一。

1986年我國建成了自行設(shè)計研制的“神光I”激光裝置，輸出功率大于2萬億瓦（2×1012W）；2000年研制成功“神光II”，輸出功率達8萬億瓦?！吧窆釯I”由2000年開始運行，已進行了2000多次打靶試驗，獲得了重要物理成果。2010年建成了“神光III”，輸出功率達40×1014W，已是世界一流水平。距離熱核點火和自持燃燒的目標已經(jīng)臨近了！

7.2.3激光加工利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性，主要是光能轉(zhuǎn)化為熱能的效應，對材料進行表面處理、切割、焊接、打孔、微加工、合成等的一種加工新技術(shù)。具有以下顯著優(yōu)點：①加工對象范圍廣。可加工各種金屬和非金屬材料，特別適于加工高硬度、耐熱合金，及陶瓷、寶石、石英、玻璃等硬而脆的非金屬材料。

②是非接觸加工，加工中無加工阻力，工件無機械變形，且熱變形極小。可實現(xiàn)高速度、高精度加工，加工效率遠高于常規(guī)加工方法。③激光能聚焦到微米量級，既可進行微區(qū)加工，也可進行選擇性加工，其精度是其他加工方法難以比擬的。

④節(jié)省能源和材料消耗。熱變形小，可以省略二次加工。

⑤激光加工公害較小。它沒有普通機械加工造成的大噪音，不會產(chǎn)生電子束加工那樣的X射線，不會造成放射性污染。

⑥可進行遠距離遙控加工，也可通過透明窗口對一些特殊環(huán)境如高溫、高壓、劇毒、水下、放射性、真空等環(huán)境中的工件進行激光加工。

⑦激光加工與計算機數(shù)控技術(shù)結(jié)合，可實現(xiàn)自動化加工。⑧特別是先進的飛秒激光加工技術(shù)，可以實現(xiàn)亞微米、納米尺度的高精細加工，甚至可以對細胞、基因進行加工。

激光加工設(shè)備一般由四部分組成：激光器、導光系統(tǒng)、加工工作臺、控制系統(tǒng)。隨著加工任務(wù)的不同，有多種多樣的激光加工設(shè)備。

如使用兆瓦級的CO2激光器，千瓦級的YAG激光器，kW～W級的半導體激光器，短波長的準分子激光器，飛秒激光器等。有固定的激光加工大型設(shè)備，也有移動、車載式的激光加工站。激光加工被譽為“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段”，人類制造業(yè)由手工到機加工、電加工、現(xiàn)在又進入了光加工時代。一、激光傳統(tǒng)加工技術(shù)1.激光切割

在激光束能量作用下，被切割處的材料被迅速（ms范圍）加熱到幾千乃至上萬OC而熔化或汽化，隨著汽化物逸出和熔融物被輔助高壓氣體（氧氣、氮氣、惰性氣體等）吹走，切縫便產(chǎn)生了。

激光可以切割碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁、鈦、銅等金屬材料和有機玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、石英玻璃、硅片等非金屬材料。割縫細、熱影響區(qū)小、切割質(zhì)量好、切割時無噪聲、容易自動控制。

激光切割廣泛應用于電氣開關(guān)、家用電器、紡織機械、工程機械、冶金設(shè)備、汽車制造、醫(yī)療器械、糧食機械、輕工機械等工業(yè)部門的鈑金加工業(yè)2.激光打孔

高強度激光經(jīng)透鏡聚焦，在被加工材料上形成很小的光斑。當功率密度為106～109W/mm2時，上萬攝氏度的高溫使焦斑處的材料熔化或汽化。

激光打孔速度快，效率高，易于計算機控制；可獲得大的深徑比；可在硬、脆、軟等各種材料上進行，加工質(zhì)量高；可在通常難加工的材料傾斜面上加工小孔；適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工；無工具損失。材料的汽化物夾帶著熔化物噴濺而出，同時伴隨著爆炸和沖擊，于是在加工件上形成孔洞。

3.激光焊接

主要應用于微型、精細焊接，可利用計算機控制技術(shù)在顯微鏡下進行。

激光輻射加熱工件待連接處，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率，使焊點處材料熔接。

主要優(yōu)點：

①可提供高功率密度能量，保證高速加熱，從而可焊接具有高導熱系數(shù)（銅、銀）和高熔點（鎢、鉭和鉬）的金屬。②可把厚10～50μm的零件連接起來，并且在輻射作用區(qū)不產(chǎn)生過熱。這在半導體器件和集成電路的生產(chǎn)中特別重要。③被焊零件和焊點之間無機械接觸，可在難以夠得著的部位進行激光焊接，而這是其他焊接方法不可能完成的。④可通過任何透明介質(zhì)將能量傳輸?shù)胶附用?，可用于焊接封閉容器內(nèi)（有透明窗口）的零件。⑤既能在真空中進行，也能在大氣下進行，使焊接設(shè)備和過程大大簡化。4.激光表面熱處理

機械工業(yè)中熱處理是必不可少的加工工序，對于改善材質(zhì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量極為重要。

利用激光的高功率、可控性對工件進行表面熱處理，可以顯著地提高硬度、強度、耐磨性、耐蝕性和高溫性能；解決傳統(tǒng)的熱處理工藝中難于操控的困難，從而大大提高熱處理成品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，成倍地延長產(chǎn)品使用壽命和降低成本，取得巨大的經(jīng)濟效益。例如：以高能密度的激光束照射工件表面，使其需要硬化的部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能，從而使激光作用區(qū)的溫度急劇上升形成奧氏體，隨后急速冷卻，獲得極細小馬氏體和碳化物組織的高硬化層。

激光淬火，又稱激光相變硬化。

通常只需0.1s即可完成淬火過程，生產(chǎn)效率很高。淬火后硬度比常規(guī)淬火高15～30%，耐磨性提高3～4倍。激光束可聚集到很細，易實現(xiàn)小件的局部淬火和槽壁、深孔、腔體內(nèi)壁等特殊部位的淬火。淬火后表面質(zhì)量高，可以作為工件加工的最后工序。激光熔覆，是將選定的合金粉末涂覆到工件表面，再用高能量激光將合金粉末熔化，使合金層與基體互相浸潤，凝固時形成緊密的冶金結(jié)合。這樣可以在低成本基材上制成高性能合金表面，代替大量的高級合金，節(jié)約貴重金屬材料，降低能源消耗。5.激光打標

計算機控制高能量聚焦激光束按預定的軌跡作用于機械零部件、電子元器件、儀器儀表等需要打上標記的表面，使表層材料達到瞬間汽化或者發(fā)生化學變化改變顏色，刻蝕出具有一定深度或顏色的文字、圖案，從而形成永久性標記。激光打標自動化程度高，圖案、文字的設(shè)計、變更容易，打標速度快，生產(chǎn)率高。

在發(fā)達的現(xiàn)代化社會和日益規(guī)范的市場經(jīng)濟中，產(chǎn)品、商品、票證等具有高質(zhì)量的標記是十分重要的。

激光打標應用范圍廣，對金屬、玻璃、陶瓷、塑料、皮革等均可打上永久性的高質(zhì)量標記；對材質(zhì)表面無作用力，不產(chǎn)生機械變形；不產(chǎn)生腐蝕，不污染環(huán)境。激光打標現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于各個行業(yè)，制造激光打標機已成為重要的產(chǎn)業(yè)。

二、激光微加工中的飛秒激光技術(shù)半導體集成電路的集成度越來越高，線寬尺度越來越精細:0.25μm，→0.18μm，→0.13μm等等。移動電話中的微孔、微型打印頭、微光機電系統(tǒng)、微光學器件（如光纖光柵、光開關(guān)、WDM器件）、生物醫(yī)學中微通道、注射孔、DNA切割等加工，激光微加工應用領(lǐng)域越來越廣。

精細加工，加工尺寸小，分辨率要求高，加工精度可突破衍射極限。所用激光功率為毫瓦至瓦級，功率密度高，有脈沖光、連續(xù)光兩種加工方式。

激光微加工—飛秒激光微加工是激光微加工技術(shù)中的新發(fā)展。1.飛秒激光微加工的技術(shù)優(yōu)勢超短、超強和高聚焦能力是飛秒激光的三大特點。

超短激光脈沖寬度已從飛秒（10－15s）→阿秒（10－18s），脈沖峰值強度從太瓦（1TW=1012W）→拍瓦（1PW=1015W），聚焦光強度超過1021W/cm2。飛秒激光可以將能量全部、快速、準確地集中在限定作用區(qū)域，實現(xiàn)三維空間分辨的微納尺寸加工。

傳統(tǒng)的激光加工中，激光脈沖一般大于10ps，長于熱輻射時間，所以激光加工作用是一個熱動力學過程：

激光能量使作用區(qū)材料熔化、濺射；有沖擊波產(chǎn)生，對附近介質(zhì)有破壞；熱輻射區(qū)較大，產(chǎn)生機械應力，導致微裂紋和熔渣層；熔化區(qū)大于激光光斑，熱擴散降低了加工聚焦區(qū)域的溫度。

傳統(tǒng)激光加工難于實現(xiàn)高精度的微加工，降低了微加工過程的效率。

飛秒激光加工脈沖持續(xù)時間只有飛秒量級，從根本上避免了熱擴散的存在和影響。較傳統(tǒng)的激光加工有不可比擬的獨特優(yōu)勢：⑴加工過程的非熱熔性

發(fā)生電離的材料處于前所未有的高溫、高壓和高密度的等離子體狀態(tài)。最終以等離子體向外噴發(fā)的形式被去除。

飛秒激光加工的機理是材料對激光的多光子吸收而發(fā)生電離。作用區(qū)的溫度狀態(tài)與激光作用前相當，故也稱作“冷加工”。⑵加工精準、質(zhì)量高

可以調(diào)節(jié)入射激光束，使得焦斑的中心強度剛好滿足材料的多光子電離值，則加工過程中的能量吸收和作用范圍就僅限于焦點中心處的很小體積內(nèi)。

加工中沒有熱擴散，使涉及的空間范圍大大縮小，從而提高了激光加工的準確度。等離子體的向外噴發(fā)，不會形成加工殘渣污染材料表面，加工成的工件漂亮。

可以突破衍射極限的限制，實現(xiàn)小于光波長的亞微米或納米加工，縱向空間分辨率也很高。納秒激光打的孔飛秒激光打的孔⑶可加工任何材料，包括傳統(tǒng)激光加工無法應付的超導體、半導體、陶瓷等；在透明介質(zhì)內(nèi)部進行三維刻寫。⑷加工能量低耗性

飛秒激光加工的有效性非常高，沒有熱損耗。脈沖時間非常短，能量在時間上高度集中。在同等能量加工情況下，飛秒激光的峰值強度大于納秒脈沖的105倍。因此飛秒激光加工所耗能量閾值一般為毫焦耳或微焦耳量級，較傳統(tǒng)激光加工消耗低。

2.飛秒激光微加工的重要應用⑴多種材料的微細加工在1mm厚的不銹鋼薄片上，可以加工邊緣清晰、表面干凈的納米級深孔；

在金屬薄膜上，鈦寶石飛秒激光加工制備出微納米級陣列孔，孔徑在2.5～10μm間可調(diào)，最小孔間距可達10μm。

對超高硬度的金剛石切割，切口平滑；

對厚度僅為50μm的易脆硅晶片實現(xiàn)了高精度切割；對三硝基甲苯（TNT）等高爆危險品進行安全切割，就只能用飛秒激光。⑵微電子產(chǎn)業(yè)中集成電路加工現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)的核心是芯片的集成制造，隨著超高速、超高頻、超高集成電路及器件的研制開發(fā)，集成電路線寬尺寸已進入深亞微米、百納米以至納米級。

制造集成電路的光掩模非常精細、復雜，掩模板上存在缺陷難以避免。目前修復缺陷的唯一可行方法就是用飛秒激光脈沖去除多余金屬殘留。

納米級缺陷修復后飛秒激光直寫技術(shù)實現(xiàn)對光掩模全新的制造技術(shù)━直接刻寫鉻－金層，可以制造出有任意復雜圖形的、超精細的光掩模板。還可以直接刻寫微電子器件單元。集成電路微型過孔的加工：飛秒激光可對多層材料的PCB板一次鉆孔成型，微孔尺寸在微納米級。⑶光子器件加工制作光波導，這是光子器件的基礎(chǔ)。

飛秒激光在塊狀材料中局部熔化透明介質(zhì)，重新凝固后可引起大于10-2折射率增量。計算機精密控制飛秒激光加工平臺，可以制得任意形狀的二維、三維、單模、多模光波導。

制作Bragg光柵。

光纖光柵是光纖技術(shù)中革命性的器件，在光纖通信、光纖傳感、光信息處理中帶來一系列技術(shù)突破。飛秒激光束可以使各種玻璃產(chǎn)生永久性折射率變化，已經(jīng)成功制作了光纖光柵。克服了用紫外激光制作光纖光柵會退化的弊端。超高密度光學存儲。

在介質(zhì)空間內(nèi)實現(xiàn)了3D光存儲是近年海量存儲的一個新的、非常重要的方向。

飛秒激光雙光子存儲技術(shù)的優(yōu)點如下：①1012bit/cm3巨大體存儲密度；相鄰數(shù)據(jù)位之間串擾最小；

②快速的數(shù)據(jù)讀寫；并行隨機存??；③存儲介質(zhì)成本低廉。⑷在激光醫(yī)療和生物工程領(lǐng)域的應用飛秒激光具有“冷”加工、能量消耗低、損傷小、準確度高、三維空間嚴格定位的優(yōu)點，能夠最大限度地滿足生物醫(yī)學領(lǐng)域的特殊需求。①激光醫(yī)療：手術(shù)風險低，可對同一患處進行多次手術(shù)，治療愈合周期短；精確度高，醫(yī)源性感染少；無痛，無并發(fā)癥。在眼科、牙科、心血管科的醫(yī)療已取得了多項成功。②制作新型特種醫(yī)療器具：在生物相容性好的聚合物上已成功制作了心血管支架，成功制作了眼角膜瓣，精確到±10μm。③基因工程和細胞工程：對基因和細胞有目的地進行切割、縫合與轉(zhuǎn)運等各種操作。

細胞和基因都非常小，例如DNA的直徑只有2nm，在它們身上進行“手術(shù)”難度極大。

飛秒激光可以進行高準確性的納米級切割，是基因工程和細胞工程的得力工具，已實現(xiàn)對染色體和細胞內(nèi)線粒體的納米切割。三、激光成型技術(shù)

是快速零件制造技術(shù)中最有成效的技術(shù)，是計算機輔助設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)和新型材料科學的技術(shù)集成，是當今制造業(yè)中的尖端學科。

復雜面形的三維形體快速成型在很多行業(yè)都是迫切需要的：

模型模具加工

新產(chǎn)品開發(fā)，需要快速形成設(shè)計原型，以利于測試其可行性

建筑設(shè)計中需要模型設(shè)計和制造醫(yī)學中需由CT數(shù)據(jù)復制人體骨骼、腫瘤的結(jié)構(gòu)、形狀，以輔助確診、確定重大手術(shù)方案以及進行假肢設(shè)計和制造

藝術(shù)品是由設(shè)計者的靈感、構(gòu)思、設(shè)計加工出來的，需要快速、精確地完成制造，使藝術(shù)家更加集中精力于創(chuàng)作，更快地推出新的藝術(shù)品。

傳統(tǒng)的成型過程是將材料先制成毛坯，然后經(jīng)切削加工、手工修磨等多道工序從毛坯上逐步去掉多余的材料來完成的。激光成型的基本思想則是在計算機控制下，將材料精確地堆砌成型。

紫外激光在計算機控制下按照形體的斷層數(shù)據(jù)在X-Y平面內(nèi)二維掃描、照射在光敏聚合物材料上，使其固化成平面圖形；升降臺沿Z方向步進，一層一層各自的平面圖形就疊成一個三維形體。

這一方法大大縮短了加工周期：用傳統(tǒng)方法需幾個星期甚至幾個月才能制造的復雜產(chǎn)品，激光成型法可在一夜之間完成。

四、激光合成新材料新材料的發(fā)現(xiàn)本身就可能導致一場技術(shù)革命，新技術(shù)的出現(xiàn)也伴隨著對新材料的渴求，促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)或發(fā)明具有特殊性能的材料。

激光已成為制備、合成新材料的重要工具。1.激光制備納米顆粒

納米顆粒是粒徑在1～100nm的微小顆粒，表現(xiàn)出與宏觀材料不同的獨特的物理和化學特性。激光制備納米材料的方法：⑴激光誘導氣相沉積法用來制備多元素的非金屬與金屬、非金屬與非金屬間化合物的納米材料，能制備幾納米至幾十納米的晶態(tài)或非晶態(tài)納米粒子。⑵激光消融法操作簡單，產(chǎn)生的納米顆粒粒度小且分布均勻，廣泛應用在工業(yè)和實驗室中，用來制備金屬及其氧化物、半導體和有機化合物等材料的納米顆粒。2.激光薄膜沉積技術(shù)

納米薄膜：薄膜的晶粒尺寸全部為納米量級，具有良好的表面光、電、磁性能的功能薄膜。

激光薄膜沉積技術(shù)主要有激光物理氣相沉積、激光化學氣相沉積。在高能量密度激光作用下形成納米顆粒并在襯底上均勻成膜。3.激光誘導折射率變化制備功能材料飛秒激光可以準確地作用在透明介質(zhì)內(nèi)部，導致介質(zhì)折射率的永久性的改變。進行超精細的材料處理，制備所需的功能材料?？芍瞥鋈我饩Ц竦墓庾泳w，這是具有劃時代意義的新材料，由此可形成各種功能的全光器件。7.3光電子技術(shù)應用于公安國防7.3.1應用于公安工作公安工作是和諧社會的保障，其重要性是不言而喻的。光電子技術(shù)是公安工作中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

一、刑偵領(lǐng)域：1.指紋、痕跡的獲取與識別“捕獲”案發(fā)現(xiàn)場的指紋、痕跡并加以識別是破案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

可見的指紋、腳印等容易發(fā)現(xiàn)，獲取其圖像后可用電腦技術(shù)分析識別。困難在于發(fā)現(xiàn)潛在的指紋、痕跡。

用激光誘導熒光法便可以把“看不見的指紋”顯現(xiàn)再照相。

人的手指接觸到對象時，指頭上的凹凸表面便會導致攜帶的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。指紋通常帶有重約1mg的物質(zhì)，其中以汗水為主（99%的水及1%的鹽），其它微小成份包括氨基酸、尿素以及肥膩物等。

用氬離子激光照射對象，如有潛在指紋，其鹽分會被激發(fā)出微弱的熒光，拍下熒光圖像便可得到潛在的指紋圖。

用微X射線對物體表面掃描，也可以激發(fā)熒光圖像，稱為微X射線熒光技術(shù)（MXRF）。

潛在的血跡、痕跡等也可用激光、微X射線照射，通過激發(fā)出的熒光得以發(fā)現(xiàn)。指紋、痕跡獲取后，便可與偵察對象人群的指紋、痕跡進行比對，識別嫌疑人；還可在指紋庫中進行查詢識別。2.面像識別自動面像識別在公檢法部門確定疑犯、海關(guān)通關(guān)核實護照、公眾場合的視頻監(jiān)控等都有重要應用。先要通過攝像頭快速“捕獲”人物的面像。

在現(xiàn)場獲得的圖像由于人物表情、偽裝或隱蔽拍攝等情況，會嚴重影響人像識別。這就需要功能強大的計算機圖像處理和自動識別系統(tǒng)。系統(tǒng)應具有的功能如下：①計算機對人物面像進行增強處理：主要針對面部不易產(chǎn)生變化的部分提取特征，如眼眶輪廓、顴骨的周圍區(qū)域以及嘴的邊緣區(qū)域等。

②對人面像特征已建立照片庫，具有高效檢索機制以實現(xiàn)快速查詢。

③對照片庫中的面像和現(xiàn)場采集的面像都采用同一專門的面像編碼。這種編碼可以抵抗光線、皮膚色調(diào)、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化，有強大的可靠性，可以從百萬人中精確地辨認出一個人。④如果嫌疑人戴上面罩或臉上貼有偽裝材料時，那部位的溫度會較低。因此自動面像識別系統(tǒng)可以融和體溫檢查器，來辨別偽裝樣貌。3.虹膜識別

除了指紋、面像的自動識別之外，現(xiàn)在還發(fā)展了多種生物特征識別技術(shù)。獲取人體本身固有的生理特征（掌紋、視網(wǎng)膜、虹膜、簽名、語音等）及行為特征，應用圖像處理、數(shù)字信號處理和模式識別來達到身份鑒別的目的。

人眼正視圖中，瞳孔周圍環(huán)形區(qū)域是虹膜。虹膜表層有凹凸不平的皺褶，這些皺褶就像指紋，每個人的都不相同。

人眼正視圖虹膜識別技術(shù)的優(yōu)點如下：

①精確度高

虹膜圖像存在著許多隨機分布的細節(jié)特征，造就了虹膜模式的唯一性。虹膜識別是各種生物特征識別方法中錯誤率最低的。

②穩(wěn)定性好

人眼虹膜從胚胎期的第3個月起開始發(fā)育，到第8個月虹膜的主要紋理結(jié)構(gòu)已經(jīng)成形，此后幾乎終生不變。由于角膜的保護作用，發(fā)育完全的虹膜不易受到外界的傷害。

人的指紋直到14歲左右時才會定型，指紋容易損傷，會因過干、過濕、臟污等原因而影響識別。

人臉會隨著年齡增長而發(fā)生較大改變，還易受外界光照、個體表情、頭部姿態(tài)、墨鏡等遮蓋物而產(chǎn)生拒識或誤識。③最難偽造

人眼的虹膜紋理無法改變，虹膜紋理圖像要通過專用的虹膜圖像采集裝置來獲取，因而虹膜圖像很難造假。而指紋可以人為模糊化,造成無法鑒別；人臉則可以通過整容、化妝等手段偽造。二、防暴裝置1.防暴機器人

有靈活的移動平臺，可左右擺頭、上下俯仰，對野外和城市路面有很好的適應能力；

可上下樓梯、翻越雜物堆和箱子等障礙物；能攜帶并發(fā)射防暴彈等。

機器人視覺是其核心技術(shù)，還有功能強大的光電系統(tǒng)和其他傳感裝置，使其可遠程獲取和傳輸現(xiàn)場視頻、音頻信號，接收公安人員的遙控指令處理危險任務(wù)。

2.聲光武器⑴聲光手榴彈

彈體由鋁、塑膠制成，內(nèi)裝小型爆炸筒，放置的炸藥中含有鋁、鎂、鈉等金屬。

公安人員向恐怖分子投擲聲光彈，爆炸聲響使其失去聽覺，鋁鎂鈉等金屬燃燒產(chǎn)生強烈閃光，使其短時間內(nèi)雙目失明，失去活動能力。⑵強光手電外表似一支手電，發(fā)出的亮光亮度驚人，能使人致盲。⑶強光雷

擲出兩秒鐘后，就會發(fā)出強烈閃光，即使閉上眼睛，也會使人瞳孔縮小，看不清物體。一小時后，視力才能恢復。⑷聲光震蕩彈

爆炸后的強烈閃光使人眼暫時失明，高強度聲波使人暫時失去聽覺、知覺，對人的感覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)進行干擾和破壞，使其短時間內(nèi)無活動能力。3.光纖瞄準器

狙擊手在瞄準敵方時，用常規(guī)槍械易使自己暴露。使用配置有光纖瞄準器的武器，狙擊手可隱蔽在安全掩體后，通過光纖傳導，清晰地觀察敵方，瞄準射擊。三、監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控作為一種重要的安防手段已經(jīng)有很長的發(fā)展歷史。在銀行、金庫、商場、酒店、機要重地安裝攝像頭，可在監(jiān)控室屏幕上多路顯示監(jiān)控圖像?？煽刂魄袚Q、異常報警。

隨著數(shù)字技術(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展迅速。“電子眼”無處不在，聯(lián)網(wǎng)四通八達。

監(jiān)控系統(tǒng)已成為公安破案的重要手段。電子眼的視頻信號有錄像，通過分析錄像資料，可發(fā)現(xiàn)犯罪嫌疑人、車的蹤跡，獲取其罪證，快速抓獲罪犯。7.3.2應用于軍事技術(shù)

中華民族要屹立于世界之林，必須要有強大的國防，必須擁有先進的軍事技術(shù)。

光電子技術(shù)在現(xiàn)代軍事技術(shù)中舉足輕重，作用顯著。本節(jié)僅重點介紹軍用激光技術(shù)和光電對抗技術(shù)。一、軍用激光技術(shù)1.激光武器

激光武器是利用高能激光束攜帶的巨大的能量摧毀目標或使之失效的定向能武器。⑴激光武器的優(yōu)點①命中率高。激光束以光速飛行，發(fā)射無需考慮提前量；激光定向性非常好；光子無重力，激光發(fā)射沒有彎曲的‘彈道’，可以‘瞄哪打哪’。②機動靈活。

由于光子無質(zhì)量，發(fā)射高能激光束不會產(chǎn)生后坐力，因而是一種無慣性武器：能靈活、迅速地改變射擊方向，轉(zhuǎn)換打擊目標；可以單發(fā)、多發(fā)、或連續(xù)發(fā)射，在短時間內(nèi)攔截多個來襲目標；通過控制激光的發(fā)射功率與輻照時間，可以靈活地選擇對目標的損傷程度。

③無放射性污染。

激光束可使目標燒蝕和熔化，但無論對地面或空間都無放射性污染。④不受電磁干擾。

激光傳輸不受外界電磁波的干擾，因而目標難以利用電磁干擾手段避開激光武器的攻擊。⑤效費比高。

目前激光武器成本還比較高，但其硬件可重復使用，每次的發(fā)射費用比較低。⑵激光武器的分類按其用途分，可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器：①戰(zhàn)術(shù)激光武器打擊距離一般可達20km。

激光槍發(fā)射不可見激光，無聲無息中致人死亡或失明；在一定距離內(nèi)使火藥爆炸，使敵方夜視儀、測距儀等光電設(shè)備失效。

戰(zhàn)術(shù)防空激光武器可攻擊敵方入侵的精確制導武器，毀傷其殼體、制導系統(tǒng)、燃料箱、天線等。

②戰(zhàn)略激光武器可攻擊數(shù)千公里之外的洲際導彈，攻擊太空中的偵查衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等。按發(fā)射的能量不同，激光武器又可分為高能激光武器和低能激光武器：①高能激光武器：激光功率在兆瓦級，對飛機、導彈、衛(wèi)星實施攻擊。主要由強激光器、精密瞄準跟蹤系統(tǒng)、光束控制發(fā)射系統(tǒng)等組成。

遠程預警雷達捕獲到來襲導彈，將信息傳給指揮控制系統(tǒng)；指揮控制系統(tǒng)引導精密瞄準跟蹤系統(tǒng)捕獲并鎖定目標，精密瞄準跟蹤系統(tǒng)則引導光束控制發(fā)射系統(tǒng)對準目標；

當導彈飛到適當位置時，指揮控制系統(tǒng)發(fā)出攻擊命令，啟動激光器；激光束射向?qū)?，并在其上停留一段時間，直至將其摧毀。②低能激光武器：用于激光致盲、激光干擾，功率在10kW以下。激光致盲：·損傷人眼視網(wǎng)膜不僅是眼睛的關(guān)鍵部分，而且最為脆弱。激光刺入人眼，經(jīng)過晶狀體的匯聚，其所有光能幾乎都集中于視網(wǎng)膜上的一點。

能量密度為0.5～5mJ/cm2的激光，就足以使其破壞，波長為0.4～1.4μm的激光威脅最大。

尤其對正在使用瞄準鏡、望遠鏡的人員，激光穿過光學鏡頭，迅速聚集于眼底，這時落到人眼上的激光能量密度等于原能量密度乘以光學放大倍數(shù)的平方，受到的傷害更為嚴重?！て茐臄撤焦鈱W系統(tǒng)試驗表明，300W/cm2的激光照射0.1s，就會使光學玻璃表面開始熔化，并產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，最后出現(xiàn)磨砂效應，致使其透明度大大下降，直至系統(tǒng)失效?！て茐臄撤焦怆妭鞲衅鞴怆妭鞲衅魇枪怆娤到y(tǒng)最薄弱的攻擊點，低能量激光武器就足以使光電傳感器暫時或永久失效。

激光干擾：

能量較低，專引起迷惑、干擾或二者兼而有之的激光武器稱為激光干擾武器。它是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的一種重要的光電對抗裝備?！っ曰笥眉す馐苯诱丈淠繕嘶蜷g接地將激光束反射到目標上，使其智能系統(tǒng)受到襲擾，引起反常顯示，或者被誘騙至其它地方，偏離軌道?！_亂用激光照射導彈引信或光電偵察、通信、指揮、控制裝置等，使之過早引爆或功能失控，造成混亂。2.激光制導

以激光為信息載體，把導彈、炮彈或炸彈引向目標而實施精確打擊的先進技術(shù)。⑴激光制導的方式①尋的制導：

尋的器安裝在彈上，使其自動跟蹤目標并測量飛行誤差。

彈體上尋的器接收從目標漫反射回來的激光信號，自動跟蹤，最終將目標擊毀。一般用于空對地發(fā)射、地對地發(fā)射。

目標指示器的作用是用激光為彈體劃出投籃筐－光籃。光籃的質(zhì)量要高，還要具有抗干擾能力。普遍采用編碼技術(shù)，使其與尋的器的編碼配合，保證區(qū)分真假目標，使制導全程萬無一失。目標指示器從地面或其他飛行器上發(fā)射激光束，對攻擊目標進行照射。②駕束制導：

就是控制導彈在激光束中飛向目標。

激光照射器不僅向目標發(fā)射激光，還要有接收目標反饋光的光學系統(tǒng)和跟蹤裝置，以控制彈的飛行。用于地對空、地對地導彈。⑵激光制導的特點精度高，抗電磁干擾能力強，制導系統(tǒng)體積小，重量輕。但受天氣影響大，原因在于大雨、濃霧、煙霧使激光傳輸受到限制。給炮彈、炸彈、導彈安裝激光制導裝置，使它們成為激光制導武器。猶如給這些武器安上了激光‘眼睛’，命中率、抗電磁干擾能力大大提高。二、光電對抗技術(shù)是采用專門的光電設(shè)備和器材，對敵方光電設(shè)備進行偵察、干擾、削弱或破壞，并保障已方人員和光電設(shè)備正常工作的各種戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施的總稱。

光電對抗包含光電偵察與光電干擾、光電反偵察與光電反干擾四大類，是信息戰(zhàn)的重要組成部分。

光電對抗主要是對付敵方光電偵察設(shè)備和來襲光電制導武器。其有效性主要取決于技術(shù)的基本特性：頻譜匹配性、視場相關(guān)性、系統(tǒng)快速反應性。1.光電偵察技術(shù)光電偵察技術(shù)是利用光電設(shè)備搜索、監(jiān)視目標，對其瞄準、跟蹤和測距，以便查明目標的類型、性能和坐標數(shù)據(jù)。⑴激光雷達激光雷達是利用‘貓眼效應’的主動偵察技術(shù)。

一般光電設(shè)備的探測器表面或其它光學窗口會把投射光線反射回來，如同貓的眼睛。

激光雷達發(fā)射激光束掃描敵方空域，一旦探測到反射光束，就可獲得目標信息。

激光雷達配置有激光測距、方位與俯仰測量、目標識別和自動跟蹤裝置，能夠精確、快速地提供偵察數(shù)據(jù)，成功引導己方攻擊。激光雷達與微波雷達配合使用，優(yōu)勢互補，效果更好。⑵紅外偵察紅外偵察工作于非可見的紅外波段，利于偵察。3～5μm、8～14μm是軍用紅外探測器的主要工作波段。紅外偵察具有可較好地穿透煙霧霾雪、不受戰(zhàn)場強光干擾、作用距離遠等優(yōu)點。紅外偵察有主動探測和被動