海军武器工程简介

电光系统简介

电磁频谱

电磁谱的全部范围涵盖1至10的频率^24.赫兹。我们已经讨论了处理音频频带的通信系统，从20-20,000 Hz以及30（ELF）覆盖的无线电频段，高达3 x 10^11.赫兹(EHF)。接下来，我们研究了通常在1- 10ghz频率范围内工作的雷达系统。的微波波段，涵盖波长从1到300毫米(频率从10^9.到3 x 10^11.Hz)，包括典型的雷达频率。
超越微波带呈现电光频段，这
覆盖波长从1毫米到10纳米)。光电的部分
可见部分低于频率的光谱已知为
这红外线的(IR)波段，波长从0.7到1000
m它进一步细分为
遵循：

近红外：0.7 - 1.5mm
中级红外：1.5 - 8mm
远红外线:8 - 100mm
极端红外：100 - 1000mm。

数字
1.电磁谱。

电光频带还包括频谱的可见部分，其约为0.4至0.7mm (1mM，10^－6m，被称为a微米,并且有时被写为m对于简写符号）。在可见部分中，波长与我们看到的特定颜色相关联：

表1.可见光谱。

超出可见范围，我们有紫外线，X射线和伽马射线。在这些高频率下，电磁波行为不如波，更像是高度充电能的粒子，称为光子．频率越高，每个光子携带的能量越多。高能量光子可能对材料和人类损害。我们都熟悉UV光的影响，例如晒伤或眼睛刺激。在较高的频率（和因此能量），光子可以损坏材料或身体组织，因此被称为电离辐射．在有限的剂量下，x射线可以用于成像，而大量的伽马射线肯定是致命的。

电光辐射源

电磁能源可分为两大类，有选择性的和热的散热器。选择性辐射器在一个或多个特定频率的窄频带内发射光电辐射。因此产生了选择性的散热器窄带辐射。例如，HE-NE激光产生约0.6328的窄带中的辐射mm（红灯）。另一方面，热辐射器在宽范围的频率（或波长）上发射辐射。例如，Sunlight出现为白色，因为它具有覆盖可见光谱中所有频率的组件，因此显示为颜色的完全混合。阳光也有紫外线和红外线的成分。

热散热器

来自任何物体的电磁能量被称为热辐射。所有物质的物质都是物质的，所有物体都以与它们的绝对温度成比例地从它们的表面发出热辐射。绝对温度以kelvin（k）为单位定义，并且可以通过加入273来从摄氏度尺度中找到：

T._绝对（kelvin）= t_{科尔斯群岛}+ 273。

例如，水的冰点，0^0.摄氏度，是273 k（请注意，在提及绝对温度时省略了学位的符号）。来自理想对象的热辐射的每个单位面积的总功率，称为a黑体，在绝对温度下，可以使用Stefan-Boltzmann法预测：

m =S.T.^4.

在哪里：
m =每个单位区域的电源离开对象。也被称为出去，并具有w / m的单位²那
S.= 5.67 x 10^－8W / (m²K.^4.）。叫做斯特凡博尔兹曼常数，和
T =物体的绝对温度。

斯特凡-玻尔兹曼定律是基于理想源，一个黑体。黑体是一种吸收所有入射能量的物体。为了保持热平衡，这个物体会散发出等量的能量。它被称为黑体，因为我们都从经验上知道，黑色物体比其他物体吸收更多的能量。反射或传输一些入射能量的其他物体被称为灰色尸体．由于它们吸收少，它们辐射少。描述吸收量和辐射的因素称为发射率，E.．它在0到1之间变化，1是黑色身体发射率的值。灰色身体的出口与黑体有关：

m_灰色的=E.m_黑色的

对于不透明的物体，发射率还描述了有多少能量反映。反射率，R.，由节能（仅适用于不透明对象）的关系来定义：

E + R.= 1。

以下是普通材料的一条值：

表2.普通材料的发射率表。

示例：人体发出的热通量。

典型人的表面积可以估计大约2米²．

体温为98.6^0.F = 37^0.C = 310 K.

总通量，p =（2米²）（0.98）（5.67 x 10^－8W / M.²K.^4.）（310 k）^4.

P = 1026 W.

这似乎是很多力量，它是。为了使您的皮肤保持在几乎恒定的温度，必须处于平衡状态，这意味着该能量的这种向外流动必须通过类似的输入匹配。这来自你的身体内部，从吸收辐射吸收。

通过估计能量流入，可以通过估计身体与环境的温度相同，约20^0.C或293 K.

吸收的助焊剂是：

P._在=（2米²）（0.98）（5.67 x 10^－8W / M.²K.^4.) (293 K)^4.
P._在= 819 W.

这给出了（1026 w - 819 w）= 207 w的网外流量

这估计似乎很高，因为这需要

207 j / s x 1 kcal / 4184 j x 3600 s / hr x 24小时/天
= 4275千卡/天，

每天4000千卡保持体温！

这里我们假设表面是裸露的皮肤。实际上，辐射率应该包括我们平时穿的衣服，接近0.5，这样会使输出减少到大约100 W或2000千卡/天，这是比较合理的。

正如我们所说，这种辐射将分布在波长范围内。与峰值发射的功率对应的波长随温度的函数而变化。随着温度的增加，光谱也变宽。在下图中，说明了这些关系。

图2. Wein的法律。

L._马克斯= 2898.mm-k / t

维也纳法律可以预测峰值功率的波长：



请注意，物体温度必须在kelvin（k）中，结果是微米中的波长。对于310 k的人体，峰值热辐射的波长为9.3mm。来自喷气发动机的排气可能为约1000 k，峰值波长为2.9mm。

太阳表面的温度。

阳光频谱的测量表明L._马克斯= 0.55mm。使用Wien的定律反转，太阳表面的温度必须是

t = 2898 / 0.55 = 5630 k（约9700^0.F)。

使用此结果，我们可以将红外光谱的不同区域与特征温度相关联：

接近IR (0.7 - 1.5mm) T = 1900 - 4000 K
中红外(1.5 - 8mm）t = 360-1900 k
FAR IR（8 - 100mm）t = 30 - 360 k

所以，我们预计人员将可检测到远红外线，而发动机，机械和喷射排气将可检测到中间的红外．此外，来自环境的背景热辐射仅影响在近红外线运行的系统。

选择性散热器

窄带辐射是原子或分子在离散能级之间发生跃迁时产生的。例如，氢原子中的电子只能有特定的能级。如果电子改变能级，所差的能量就会以电磁波的形式辐射出去。在一个特定的原子或分子中所有可能的跃迁集合是唯一的，可以用来识别材料。选择性辐射光谱的研究被称为光谱学。

图3.之间的转换
氢原子中的能量水平。

对于武器系统，唯一感兴趣的选择散热器是激光光。术语激光器是“通过受辐射发射的光放大的光放大缩略词。它是大多数激光器的特征，具有极其窄的带宽。调用相关属性一致，这是光具有单个频率和相位的程度。连贯可以是颞，意味着频率和相位稳定的程度，或空间，意味着一个位置频率和阶段在另一个位置匹配的程度。时间相干性通过相干时间测量，这大致是带宽的逆。空间相干性通过相干长度来衡量，只不过是相干时间乘以光速。它是典型激光器的良好相干长度，使其光束狭窄地聚焦。

激光器可以以连续波模式操作，就像CW雷达一样，或以脉冲模式。在脉冲激光器中，峰值功率与占空比（DC）的平均功率相关，该占空比（DC）与雷达，DC = PW X PRF相似。下面讨论一些典型的激光器：

他是．氦和氖气体混合物。通常用于激光打印、干涉测量和条形码读取:

气体离子．一类包括氩，氪和氙的贵族气体激光器。用于激光打印机，医疗和其他激光类型的激发源。

燃气/金属蒸气．使用气体和金属蒸气的混合物。普通金属蒸气激光器使用氦和镉(He-Cd)。用于微芯片等小物体的制造和检查。

金属蒸气．使用纯金属气体，如铜、金或铅。用于高速摄影、大图像投影电视及材料制造。

CO.₂．使用二氧化碳，氦气和氖的混合物。在CW和脉冲模式下，通常以高功率在红外区域操作。用于熔化（CW模式）和切割或消融（脉冲模式）。

准分子．使用结合稀土原子（如Ar，Kr和Xe）和卤素（Fl，Cl，Br和i）组合的短寿命分子。通常在用于材料加工的紫外波长（切割或消融）。仅在脉冲模式下。

化学．使用从反应中释放的能量，使用像HF或DF（氘氟甲醚）这样的化学化合物。用于武器，可能无法使用大量电力。

自由电子．这些使用通过周期性磁场的电子束。可在各种频率范围内进行调谐。CW和脉冲模式。它们具有高功率容量。可能用于武器和材料处理。

染料．使用液体形式的有机染料。它们形成可调激光源，约30-40nm。使用许多不同的染料所以总范围为300-1200nm。用于在需要特定波长的研究应用中使用。

固态．通常使用钇铝石榴石(YAG)或掺Nd的玻璃制成Nd:YAG和Nd: glass激光器。其他的例子是钛蓝宝石(Ti:Al₂O._3.）。还用作高增益激光系统的放大材料。用于材料加工，手术，范围查找和目标名称。

二极管．使用半导体材料的组合，如GaAs和AlGaAs。也使用InP/InGaAs。用于电子设备(如光盘)和光纤系统。

表3。激光类型。

激光源根据对眼睛和皮肤的潜在损伤分为以下几类:

1级：低功率/非危险
2级：必要的低功耗/次要控制。允许暂时曝光。
3级：中等权力/直接观察危险。
4级：高功率/眼睛和皮肤危害/可能的反射或火灾危险。