量子級聯激光技術正在革新爲戰士設計和實施飛機生存系統的方式。

2020年5月- “在許多方面，它都是神奇的。” 一種新的激光技術已進入商業生產，解決了傳統直升機對抗系統的尺寸、重量和功率問題。

對美國旋翼飛機的最大威脅之一，就是每天不斷擴散的威脅，是熱尋的肩扛式導彈，例如美國毒刺和俄羅斯的SA-7導彈。這些便攜式防空系統（MANPADS）最初是由美國和前蘇聯在1960年代開發的，如今，根據軍備控制協會的說法，估計有500,000-750,000套MANPADS被100多個國家以及恐怖分子和非國家行爲體使用。

針對熱尋的導彈有多種對策。一種就是避開。如果在某個地區有關於MANPADS的報道，而海軍/海軍陸戰隊的飛機沒有受到保護，他們根本就不會去那裏。這種情況顯然限制了力量投送。

第二種是導彈預警系統，該系統採用曳光彈來分散導彈的注意力。有幾個問題。一個是，這些曳光彈可能無法解決目前在戰場上的各種威脅和MANPADS的變化。另一個問題是，他們容易產生誤報，有時甚至在沒有威脅的情況下將其火力發射出去。第三，曳光彈會用盡。一旦用盡，直升機就必須確保沒有其他人向它開火才能安全。

第三是定向紅外對抗（DIRCM）系統，該系統採用激光打敗導彈威脅。缺點是它們消耗大量能量，並且是固定在機身外部的大型系統，因此它們會降低飛行性能並增加運營成本。這也使它們不適用於更小、更輕的機身。

現在，一種新的激光技術已進入商業生產，該技術解決了傳統直升機對抗系統的尺寸、重量和功率（SWaP）問題。這種被稱爲量子級聯激光器（QCL）的革命性技術具有顯着提高直升機在飛行過程中的生存能力以及脆弱的着陸和起飛時間的潛力，而該技術應用與機身尺寸和形狀無關。

業界首款量子級聯激光器

長期以來，激光在軍事行動中發揮了作用。在1960年代後期，即激光本身發明不久後，激光指示器開始爲激光制導彈藥提供高精度制導的作用。除了上面提到的基於激光的DIRCM系統等更復雜的應用之外，還進行了許多應用，包括測距和瞄準。

迄今爲止，許多涉及激光的軍事應用都由氣體或固態激光器提供服務，這是自1960年代以來相對不變的技術。由於它們使用的發光機制，它們需要許多組件，因此需要一個鞋盒大小或再大些的系統。

“ QCL以其獨特的級聯效應產生紅外光而得名，它是由傳統的商用半導體制造設施製造的，這些設施利用了以前在電信和數據存儲行業對技術、基礎設施和製造能力的鉅額投資，”DRS Daylight Solutions公司的戰略和業務發展部副部長Eric Takeuchi解釋說，該公司專門研究用於國防、生命科學和科學研究的激光和紅外技術。

“ 量子級聯激光器通過電流直接轉換IR輻射產生激光輻射。這與傳統的固態激光器形成對比，傳統的固態激光器需要幾個頻率轉換階段才能在IR中產生髮射，這導致在尺寸、重量、功率和可靠性方面存在不足。”

QCL最初由Federico Capasso在Bell Labs於1997年開發，現已由DRS Daylight Solutions轉變爲商業生產。

QCL已在多種軍事應用中得到證明。基於QCL的激光系統現在構成了下一代DIRCM系統的基礎，該系統用於保護旋翼和固定翼飛機免受熱尋的導彈的攻擊。此類激光系統已在海軍、海軍陸戰隊，陸軍和空軍的平臺上成功演示。

此類設備也已集成到多光譜信標中，可提供戰鬥識別，並在超過幾十公里的範圍內進行了演示。基於QCL的傳感器的波長可調變體也已被證明可用於隔離檢測應用，以檢測化學試劑，爆炸性前體和殘留物。

此外，應用的早期開發還包括自由空間通信（使用激光通過空氣或在外層空間的真空中傳輸數據），用於惡劣的視覺環境的激光探測與測距（LADAR），以及UAS還利用了最近基於QCL的產品。

QCL如何運作

考慮量子級聯激光器技術的方法是，從根本上說，它是一種半導體激光器，可讓您直接從電壓和電流產生紅外或中紅外激光。其他所有激光技術都需要多個單獨的組件，這些組件最終會產生紅外光。

QCL技術的獨特之處在於，它採用與計算機硬盤驅動器、數據存儲設備以及Xbox播放器等遊戲設備相同的技術，不同之處在於它產生了Takeuchi所說的“熱色”。他解釋。

“我們通常根據應用空間將中紅外或紅外定義爲電磁光譜中的波長範圍，從2到10微米不等。簡單地說，就是熱的顏色。例如，蛇通過眼球看到熱的顏色。當他們在尋找鼠標或其他東西時，他們基本上是在寒冷的背景下尋找熱信號。這就是爲什麼他們可以看到它的原因。”

量子級聯激光器可讓你從毫米級設備中產生高亮度的顏色。該設備就是半導體芯片。向三毫米芯片施加電壓和電流會從該芯片產生非常高的輸出功率，從而發出激光。從很多方面來說，這都是神奇的。

這種基於激光的系統基本上可以解決直升機或固定翼飛機可能面臨的所有不同類型的導彈威脅。它也可用於地面威脅，例如特徵抑制的車輛。您可以使用量子級聯激光器作爲照明源，以實現您希望能夠在溫差下看到的任何物體。如果某物不散發自己的熱量，則可以用熱量的顏色照亮它，因此可以看到它。”

QCL技術正在革新爲戰士設計和實施飛機生存系統的方式。基於QCL設備的系統提供了整個IR光譜的作戰能力。

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