激光點火技術發(fā)展研究的國內外文獻綜述1.1國外研究現(xiàn)狀最早使用激光點火這一技術是在19世紀50年代，伴隨著各類激光器的研究成功和各種激光的出現(xiàn)，光起爆技術更加容易實現(xiàn)[5-6]。這是激光點火技術發(fā)展的雛形，激光點火技術因其具有一定的安全可靠性和系統(tǒng)設計的便捷性，被許多國家廣泛使用和研究。20世紀50年代初，Bowden等人[7]研究了點火藥劑的熱點對點火溫度和點火時間的影響關系。20世紀70年代初，BrishAA和MenichellivJ等人[8-9]首先提出了將激光作為起爆源這一突破性的想法，并提出了激光點火的機理。美國噴氣試驗室研制出新型的紅寶石激光器，并進行了對煙火藥點火的研究。到20世紀80年代中期，激光器的體積小型化和光纖的高能性成了研究的重點。但此時由于技術不發(fā)達，人們無法解決激光在光纖中傳遞的損傷問題，為解決這一難題2002年Quantic公司致力于研究激光在光纖中的傳遞檢測，并取得了成功，研究主要包括激光光路的連續(xù)性和激光器對檢測電路的控制兩部分，這一研究的成功為以后激光點火技術的發(fā)展起到至關重要的作用。90年代美國國防部、能源部和航天局將激光點火技術列為重點研究研發(fā)項目[10]。到21世紀開始，激光點火技術得到了前所未有的發(fā)展，激光點火的安全可靠性達到很高的水平，人們開始研究激光多點點火技術，利用多點點火技術可以對火箭彈等進行姿態(tài)調整，達到打擊目標的精確。現(xiàn)在激光點火被人們普遍接受的理論為熱機理理論[11]。激光點火技術的發(fā)展史可以說經歷了艱難險阻，我們可以通過三個問題來了解激光點火的發(fā)展，激光從哪里來？激光到哪里去？激光怎么到哪里去？第一個問題：激光從哪里來？答案是激光由激光器產生，這就說到激光點火系統(tǒng)中第一個重要組成部分了：激光器。世界上第一臺激光器是由美國物力學家梅曼與上世紀60年代發(fā)明的，第一臺能夠產生694.3nm波長的紅寶石固體激光器，我國在1961年由科學家鄧錫銘帶領的團隊也發(fā)明出了我國第一臺紅寶石激光器。科技的發(fā)展帶動了激光器的發(fā)展，國內外的科學家們相繼研發(fā)成功了各種各樣的激光器，包括氣體、半導體、化學、光纖和脈沖激光器等，通過改變激光器中產生激光的物質，發(fā)明的激光器能夠滿足的條件也不盡相同，氣體激光器是使用氣體作為工作材料產生激光，世界上第一臺氣體激光器產生于1961年，工作材料是氦和氖的混合物，我國第一臺氣體激光器是由科學家鄧錫銘在1963年研制成功的，1962年底，美國實驗室研制成功了半導體激光器。第一臺化學激光器是由pimentel等人在1965年研制的HCl激光器。光纖激光器研究周期長達30年之久，從20世紀60年代到90年代，這三十年來經過科學家們的共同努力和不斷研究，解決了光纖中激光損耗大這一關鍵性難題，突破了光纖激光器實現(xiàn)高功率輸出的關鍵技術。最早期的光纖激光器是愛因斯坦研究光電效應時提出的，但由于當時科學技術的不發(fā)達，沒有研發(fā)出激光器。直到1954年，前蘇聯(lián)科學家研究發(fā)現(xiàn)可以通過對原子和分子進行輻射，這么做可以大幅度的將其周圍的電磁波進行放大，這一發(fā)現(xiàn)是光纖激光器發(fā)展的重要依據。在接下來的十幾二十年里，對光纖激光器的研究沒有太多的報道，在這段時間里許多與光纖激光器有聯(lián)系的各方面技術都有了極為迅速的發(fā)展，這就為之后的發(fā)展壯大提供了堅實的技術基礎?，F(xiàn)在我們使用的光纖進行網絡信息傳遞和電話通訊等技術，在1966年被高錕首次提出，許多科學及將目光轉向這一研究，最終研究成果大大降低了光纖中激光傳遞造成的損耗，這個階段光纖激光器的關鍵技術得到了完善，激光的損耗問題得到了解決。到了1993年，激光的輸出功率也得到了提升，光纖激光器的激光輸出功率已經可以達到幾百瓦，并且激光質量還沒有太大的減弱。到了本世紀，光纖激光器也得到了廣泛的使用，并且在許多高端技術領域都能看到它的身影。在光纖激光器研究發(fā)展的過程中，被人們大量使用的激光器是氣體激光器和固體激光器，主要的固體激光器是美國發(fā)明的釹玻璃固體激光器，第一次被應用在激光點火系統(tǒng)中。但是也有一些缺點，譬如制造成本較高、對激光的轉化率比較低等缺點[12]。目前，國內外對激光器的研究主要放在對其進行小型化和高功率兩個方面。第二個問題：激光到哪里去？答案是激光器產生的激光需要到達含能材料（或點火藥劑）表面，給以含能材料（或點火藥劑）一定的能量，使其激發(fā)，產生能量，達到火工品預期的動作功能。這時候就需要對含能材料進行簡單的介紹了。說到含能材料的歷史，我們能夠想到古代中國四大發(fā)明之一的火藥，火藥可以說是含能材料的鼻祖。但是發(fā)展到近現(xiàn)代后，國外特別是美國和前蘇聯(lián)兩大軍事發(fā)達國家對含能材料的研究更加深入和快速。隨著激光點火技術的發(fā)展，含能材料的激光敏感程度成了科學家們的研究新方向，含能材料的鈍感和高激光感度也成為衡量含能材料點火可靠性的指標之一，同時還有含能材料的合成、配比、壓裝密度等參數的研究，也推動著激光點火技術的發(fā)展。到1993年，D.W.Ewich等人對火藥進行不同濃度摻雜和不同顆粒大小的激光點火研究，改善了含能材料的激光起爆特性[13-14]。人們還對激光感度較小的含能材料進行了摻雜不同吸光物質等試驗，大大降低含能材料的激光敏感度。到了近代，越來越多的含能材料被人們研究成功，也出現(xiàn)了許多對激光敏感的含能點火藥劑，含能材料的化學性質直接影響著激光點火的可靠性和戰(zhàn)斗部的精確打擊能力，因此對含能材料的研究對激光點火技術的發(fā)展是非常有價值的。同時，隨著科技的不斷發(fā)展，各種各樣的模擬仿真手段開始被科學家們使用，這就促進了含能材料的點火過程與點火特性的模擬研究[15-16]。第三個問題：激光怎么到哪里去？從以上兩個問題我們已經可以知道，激光由激光器產生并且到達含能材料，使含能材料進行化學反應，那么激光是怎么從激光器到達含能材料表面的呢，答案是通過光纖，激光器產生的激光通過光纖的傳遞到達含能材料表面，光纖作為激光點火系統(tǒng)的重要組成部分，研究激光在光纖中的傳遞和衰減對激光點火的安全可靠性有至關重要的作用。從小我們物理課上學習的全反射就是光在光纖中的傳遞原理，在國外，激光在光纖中的傳輸速度可以達到0.154分貝/千米。除了光纖的傳播速度外，光纖與火工品之間的連接也是一個值得深入研究的問題，激光在光纖中能夠快速地、無損耗地傳遞，如果在光纖與火工品之間損耗變大，也會影響火工品的點火性能和安全可靠性。這就需要用到光纖耦合技術，從上世紀80年代到本世紀，國內外科學家都在研究光纖的耦合技術[17-20]，直到現(xiàn)在，光纖與火工品耦合處的激光能量損耗已經降低到5分貝左右了。1994年，美國科學家研究成功了激光點火系統(tǒng)中能量轉換理論[21]，并應用在常規(guī)武器中效果很好。從王浩等人[22]于2000年發(fā)表的論文可以知道，美國一直致力于研究激光點火的耦合技術。從上面對激光點火系統(tǒng)中的主要組成部分的發(fā)展史不難看出，激光點火技術逐步走向成熟離不開國內外科學家們的共同努力，同時也能發(fā)現(xiàn)激光點火技術的成熟更加印證了其具有高安全性和可靠性，激光點火技術將會在今后的武器系統(tǒng)中占據更加重要的地位。1.2國內研究現(xiàn)狀我國對激光點火技術的研究開始時間較晚，于二十世紀七十年代開始，但技術的發(fā)展依然很迅速，這離不開科學家們的幸苦努力，也離不開激光點火技術的實際工程意義。北京理工大學、南京理工大學、中航科工集團等高校企業(yè)研究所等單位都對激光點火技術的發(fā)展起到至關重要的作用。2004年，韋愛勇等人[23]試驗研究了幾種點火藥劑的激光感度。2006年，張小兵等人[24]設計了一種可供激光多點起爆的裝置，為激光點火技術的多點起爆提供了重要依據。2007年，李芳等[25]對通過仿真手段得到激光點火器對激光點火系統(tǒng)的影響程度最大。2008年，鄢銼[26]等設計的用于測量激光反射率的裝置，對加大激光在光纖中的傳遞效率提供重要數據支撐。同年周浩等人[27]提高了激光檢測的可靠性。2010年，王悅勇[28]等詳細介紹了關于激光傳輸等幾個方面的關鍵技術。2011年，尹國福等人[29-30]研究發(fā)現(xiàn)了激光邊緣微弱光的處理辦法和光路的檢測手段。魏繼鋒等[31]研究了激光點火系統(tǒng)的溫度特性，將激光點火系統(tǒng)的溫控技術得到實現(xiàn)。2012年，曾雅琴[32]等研發(fā)出一套可用于兩根光纖、兩個光源光路檢測的系統(tǒng)，提高了激光點火技術在工程化應用中的光路檢測水平。2014年，中科院曹軍勝[33]設計了一種單光纖光路激光起爆裝置，該裝置中將5%反射、95%透射的光學膜電鍍到與火工品相連的光纖上，通過光路環(huán)形器對反射的激光進行檢測。祝明水[34]等通過檢測光反射電流的數值判斷光路的完整性。2017年，梅崴[35]等測試光開關達到激光點火系統(tǒng)的實際工程應用。2019年，賀愛鋒等[36]實驗探究了點火器內藥劑種類、藥量及玻璃封接工藝對點火器承壓密封性的影響。參考文獻[1]周炳琨,高以智,陳家驊等.激光原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.[2]閻吉祥.激光原理與技術[M].北京:高等教育出版社,2011.[3]T.H.Maiman.StimulatedOpticalRadiationinRoby[J].Nature,1960,493-494.[4]LeodeYong,TamNguyenandJohnWaschl.LaserIgnitionofExplosivespyrotechnicsandPropellants[J].AD-A299465,1995.[5]項仕標,項頊,.激光對含能材料作用特性分析[J].激光與紅外,2002,8(3):233-236.[6]M.Von奧爾曼.激光束與含能材料相互作用的物理原理及應用[M].漆海濱,譯.北京:科學出版社,1994.[7]BowdenF.P.andYoffeA.D.Hotspotsandtheinitiationofexplosion[J].SymposiumonCombustionandFlame,andExplosionPhenomena,1948,3(1):551-560.[8]BrishAA,GaleevIA,ZaitsevBNetal.ThemechanismofinitiationofcondensedexplosivesbylaserradiationinRussian[J].PhysicsofIgnitionandExplosion,1969,5(4):475-479.[9]MenichellivJ,YangLC.Sensitivityofexplosivestolaserenergy[R].Pasadena:JetPropulsionLaboratory,CalifomiaInstitueofTechnology,1970,10-15.[10]王凱民.激光點火系統(tǒng)的可靠性檢測與安全性分析.第十屆引信年會論文集,1997.[11]閆大鵬等.激光引爆起爆藥的機理及其爆轟場的干涉法研究[J].爆炸與沖擊,1991,11(3):230-237.[12]CohnA,BeyerRA.LaserignitionofsolidProPellants:ignitiondelays[J].ADA268454,1993.[13]ForchBE.Trendsobs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