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第15章 光波

光波是电磁波领域中的重要分支,本身也是一个大家庭,拥有红外光线、可见光线、紫外光线、伦琴射线和丙种射线五个弟兄。就波长长短而言,红外光线的波长最长,丙种射线的波长最短。

人们对光波形象的比喻,说是“笔直直,白亮亮,有缝往外钻,想弯弯不了,要割割不断”。这则谜语概括了普通可见光线的一般特性,直线传播、呈现白色。其实,普通光(例如,太阳光)是一种包含有众多频率的复色光(光波的频率不同,颜色也就不一样)。当它经过棱镜分解以后,就大致变成了七种颜色红、橙、黄、绿、蓝、青、紫。其中,红色光波的频率最低、橙色光波次之、紫色光波的频率最高。

红外线是一种人肉眼看不见的光线,由于它在光谱中位于红光之外而得名。细分起来,红外光线有三个波段:

近红外线(靠红光光谱较近的那一部分)0.76~1.5微米;远红外线(离红光光谱较远的那一部分)15~750微米;中红外线(离红光光谱介于近红外线与远红外线之间)1.5~15微米。

目前红外线技术的研究与应用主要集中在近红外与中红外线两个波段。红外线也是一种电磁波,可以用作通信、夜视、制导等,成为电子对抗的重要媒质。在自然界中,凡是温度高于—273℃的物体都有内部分子的运动存在,都会不断地辐射红外线,成为红外线辐射源。红外线的波长与物体的温度有关。物体的温度越高,辐射出的红外线波长就越短;反之,物体的温度越低,辐射出的红外线波长就越长。例如,人体的表面温度约为32℃,所辐射的红外光峰值波长约为9.5微米,汽车发动机机罩的表面温度约为60℃~70℃,辐射的红外光峰值波长约为85微米;坦克排气管的表面温度约为200℃,辐射的红外光峰值波长约为6微米。上述这些红外线辐射源,由于强度微弱,而且能量不集中,不能满足电子对抗的要求。要想利用红外线来传输电子对抗信息必须人为地制造一种强大而集中的辐射源。采用的方法通常有三种:利用物体加热到一定程度产生出红外线,这叫热辐射源;利用在气体和金属蒸气中放电产生出红外线,这叫激发辐射光源(也叫气体放电源);同时利用热辐射和气体放电产生出红外线,这叫混合型辐射源。

为了探侧和接收红外线,可以采用“红外线探测器”。它是由对红外线特别敏感的材料制成,能解调出所载送的信息。在接收过程中,为使所需波段的红外线通过而将不需要的可见光和红外线全部吸收,可以采用“红外线滤光器”。它是由特种玻璃(或胶体)制成的光学器件,具有很高的滤光比,即可见光完全不能通过,而所需红外线却可通行无阻。

红外线通信机与一般无线电通信机一样,也是由发射机和接收机两大部分组成。前者,让信息去调制红外线辐射源,变成一束束相应的红外线发射出去;后者,将对方送来的红外线还原成信息,从而完成双方通信。为了延长通信距离,提高通信质量,收发双方均应装设红外线滤光器。

从电子对抗角度看,由于红外线是一种不可见光、但又能像可见光那样集中成很窄的一束发射出去,因此红外线通信具有两个很突出的优点即不容易被人发现和截获,通信保密性强;不容易受到人为等干扰,抗干扰能力强。当用无线电通信怕暴露的场合,使用红外线通信将显示出其无与伦比的优越性。

紫外线也是一种电磁波,可用作通信,成为电子对抗的媒质。和红外线通信一样,紫外线通信也是由发信装置和收信装置两部分组成。由于紫外线频率很高,辐射的波束宽度很小,在抗窃听、抗干扰方面,比红外线通信更具优越性。

伽玛(γ)射线可谓是整个电磁波家族中的“频率制高点”。它比X射线的频率更高,波长更短。据科学预测,利用γ射线通信,可以实现12000~120000千米的远距离传输,相当于从地球与月球之间的距离,有望成为未来的外层空间的一种通信方式。

20世纪60年代,光族中绽放出了一朵奇葩——激光,为信息传递和电子对抗注入了新的生机与活力。说它“奇”,首先奇在发光原理上。普通人工光和太阳光等都是一种自发辐射出来的光,而激光是一种受激辐射的光,通俗地说,它是被“激”出来的光。在英语中“受激辐射的光放大”发音为“莱塞”,所以激光电叫“莱塞”。说它“奇”,还奇在它具有十分特殊的性质即具有极高的光源亮度,其数值甚至比太阳表面的发光亮度还要高100亿倍;具有极高的方向性,其光束发散角可以比探照灯光束的发散角小几千倍。举个例子,普通探照灯照到几千米远时,其灯光直径就扩大为几十米,而用激光照射几乎是成一条直线;具有极高的单色性,它只有一种发光频率,是当今世界上颜色最纯的单色光源。说它“奇”,还在于激光具有奇妙的用途。可以用作通信,其通信容量之大是当今所有其他通信方式都不能比拟。在理论上,用激光通信可以同时传送1000万路电视节目或100亿路电话。激光通信的保密件是其他通信手段望尘莫及,因它方向性极强,而且又可采用不可见光,因而很不容易被敌人截获,保密性能好。由于激光束发散角小,方向性好,通信所需的发射天线和接收天线都可以做得很小(一般天线直径为几十厘米),重量不过几千克,不容易遭敌侦察和摧毁。激光武器具有很大的威力,享有“死光”之称。利用高能激光束可以直接熔化、摧毁敌方的电子设备或其他各种设施,是当今电子对抗领域中最强大的打击力量。

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