量子级联激光可解决直升机防护的SWaP问题

2020年5月- “在许多方面，它都是神奇的。” 一种新的激光技术已进入商业生产，解决了传统直升机对抗系统的尺寸、重量和功率问题。

对美国旋翼飞机的最大威胁之一，就是每天不断扩散的威胁，是热寻的肩扛式导弹，例如美国毒刺和俄罗斯的SA-7导弹。这些便携式防空系统（MANPADS）最初是由美国和前苏联在1960年代开发的，如今，根据军备控制协会的说法，估计有500,000-750,000套MANPADS被100多个国家以及恐怖分子和非国家行为体使用。

针对热寻的导弹有多种对策。一种就是避开。如果在某个地区有关于MANPADS的报道，而海军/海军陆战队的飞机没有受到保护，他们根本就不会去那里。这种情况显然限制了力量投送。

第二种是导弹预警系统，该系统采用曳光弹来分散导弹的注意力。有几个问题。一个是，这些曳光弹可能无法解决目前在战场上的各种威胁和MANPADS的变化。另一个问题是，他们容易产生误报，有时甚至在没有威胁的情况下将其火力发射出去。第三，曳光弹会用尽。一旦用尽，直升机就必须确保没有其他人向它开火才能安全。

第三是定向红外对抗（DIRCM）系统，该系统采用激光打败导弹威胁。缺点是它们消耗大量能量，并且是固定在机身外部的大型系统，因此它们会降低飞行性能并增加运营成本。这也使它们不适用于更小、更轻的机身。

现在，一种新的激光技术已进入商业生产，该技术解决了传统直升机对抗系统的尺寸、重量和功率（SWaP）问题。这种被称为量子级联激光器（QCL）的革命性技术具有显着提高直升机在飞行过程中的生存能力以及脆弱的着陆和起飞时间的潜力，而该技术应用与机身尺寸和形状无关。

业界首款量子级联激光器

长期以来，激光在军事行动中发挥了作用。在1960年代后期，即激光本身发明不久后，激光指示器开始为激光制导弹药提供高精度制导的作用。除了上面提到的基于激光的DIRCM系统等更复杂的应用之外，还进行了许多应用，包括测距和瞄准。

迄今为止，许多涉及激光的军事应用都由气体或固态激光器提供服务，这是自1960年代以来相对不变的技术。由于它们使用的发光机制，它们需要许多组件，因此需要一个鞋盒大小或再大些的系统。

“ QCL以其独特的级联效应产生红外光而得名，它是由传统的商用半导体制造设施制造的，这些设施利用了以前在电信和数据存储行业对技术、基础设施和制造能力的巨额投资，”DRS Daylight Solutions公司的战略和业务发展部副部长Eric Takeuchi解释说，该公司专门研究用于国防、生命科学和科学研究的激光和红外技术。

“ 量子级联激光器通过电流直接转换IR辐射产生激光辐射。这与传统的固态激光器形成对比，传统的固态激光器需要几个频率转换阶段才能在IR中产生发射，这导致在尺寸、重量、功率和可靠性方面存在不足。”

QCL最初由Federico Capasso在Bell Labs于1997年开发，现已由DRS Daylight Solutions转变为商业生产。

QCL已在多种军事应用中得到证明。基于QCL的激光系统现在构成了下一代DIRCM系统的基础，该系统用于保护旋翼和固定翼飞机免受热寻的导弹的攻击。此类激光系统已在海军、海军陆战队，陆军和空军的平台上成功演示。

此类设备也已集成到多光谱信标中，可提供战斗识别，并在超过几十公里的范围内进行了演示。基于QCL的传感器的波长可调变体也已被证明可用于隔离检测应用，以检测化学试剂，爆炸性前体和残留物。

此外，应用的早期开发还包括自由空间通信（使用激光通过空气或在外层空间的真空中传输数据），用于恶劣的视觉环境的激光探测与测距（LADAR），以及UAS还利用了最近基于QCL的产品。

QCL如何运作

考虑量子级联激光器技术的方法是，从根本上说，它是一种半导体激光器，可让您直接从电压和电流产生红外或中红外激光。其他所有激光技术都需要多个单独的组件，这些组件最终会产生红外光。

QCL技术的独特之处在于，它采用与计算机硬盘驱动器、数据存储设备以及Xbox播放器等游戏设备相同的技术，不同之处在于它产生了Takeuchi所说的“热色”。他解释。

“我们通常根据应用空间将中红外或红外定义为电磁光谱中的波长范围，从2到10微米不等。简单地说，就是热的颜色。例如，蛇通过眼球看到热的颜色。当他们在寻找鼠标或其他东西时，他们基本上是在寒冷的背景下寻找热信号。这就是为什么他们可以看到它的原因。”

量子级联激光器可让你从毫米级设备中产生高亮度的颜色。该设备就是半导体芯片。向三毫米芯片施加电压和电流会从该芯片产生非常高的输出功率，从而发出激光。从很多方面来说，这都是神奇的。

这种基于激光的系统基本上可以解决直升机或固定翼飞机可能面临的所有不同类型的导弹威胁。它也可用于地面威胁，例如特征抑制的车辆。您可以使用量子级联激光器作为照明源，以实现您希望能够在温差下看到的任何物体。如果某物不散发自己的热量，则可以用热量的颜色照亮它，因此可以看到它。”

QCL技术正在革新为战士设计和实施飞机生存系统的方式。基于QCL设备的系统提供了整个IR光谱的作战能力。