Новый прототип увеличивает диапазон работы мощных лазеров
Мощные лазеры могут использоваться на различных военных миссиях, в частности в качестве оружия или устройств широкополосных систем связи. Однако большой размер, вес и высокое энергопотребление существующих лазерных систем ограничивает их применение в рамках различных военных платформ. Даже если удастся преодолеть эти недостатки, турбулентность, связанная с изменением плотности атмосферы, увеличивает размер лазерного луча, направленного на цель, что еще сильнее понижает ее облучаемость, а также эффективность лазера при работе на длинных расстояниях.
Недавно в рамках программы «Эскалибур» Агентства передовых оборонных исследовательских проектов (США) удалось разработать и применить оптическую фазированную решетку (ОФР), состоящую из 21 элемента, каждый из которых приводится в действие усилителями волоконного лазера. Обладающая низким энергопотреблением решетка использовалась для направления луча на цель, находящуюся на расстоянии в 7 километров. ОФР, которая использовалась в этих экспериментах, состояла из трех идентичных кластеров из семи плотно расположенных волоконных лазеров, причем диаметр каждого лазера составлял всего 10 см. 
«Успех тестирования позволяет судить о том, насколько ОФР лазеры превосходят лазеры с традиционными оптическими средствами, - говорит Джозеф Мангано (Joseph Mangano), руководитель программ Агентства передовых оборонных исследовательских проектов. – Это также говорит об универсальности этой технологии, о возможности проведения тестов на более высокой мощности. Агентство планирует проводить тесты на протяжении 3 лет для того, чтобы продемонстрировать возможности устройства на более высоких уровнях мощности до 100 кВт, что труднодостижимо в рамках более мелких устройств».
В дополнении к своей универсальности «Эскалибур» способен также регулировать свою работу с учетом атмосферной турбулентности с эффективностью, которая значительно превышает эффективность более распространенных лазеров. Несмотря на то, что влияние этого явления практически незаметно на коротких дистанциях, изменения плотности атмосферы могут повысить дивергенцию и уменьшить равномерность лазерного луча, что приводит к рассеиванию, изменению и появлению пятен на его конечных точках, снижению мощности, с которой лазер воздействует на цель. В рамках последней демонстрации «Эскалибур» был применен высокоскоростной алгоритм оптимизации для эффективного «замораживания» высокотурбулентной атмосферы и для последующей коррекции статичной, оптически искаженной атмосферы для максимизации облученности цели. Скорость коррекции была меньше одной миллисекунды.
Эксперименты подтвердили, что ОФР может регулировать свою работу даже в тяжелых атмосферных условиях.
Тестирование проводилось на высоте в несколько десятков метров над землей, в обстоятельствах, которые представляются наиболее проблемными для армии, флота и морской пехоты. В дополнении к этому эксперименты показали, что ОФР может играть важную роль в устранении проблемы турбулентности пограничного слоя, возникающей на самолетах с установленными лазерными системами.
Успешное прохождение тестов позволяет достичь цели программы «Эскалибур», состоящей в разработке универсальной лазерной системы на 100 кВт, которая будет обладать небольшим размером и весом, низким энергопотреблением, и может использоваться с существующими системами вооружения. Продолжение работ по разработке и тестированию волоконных лазерных решеток, созданных в рамках программы «Эскалибур», однажды может привести к появлению мощных лазеров, которые будут в 10 раз легче и более компактными по сравнению с существующими лазерами.
Последующие испытания направлены на изучение возможностей работы ОФР в условиях более интенсивной атмосферной турбулентности и при увеличенной мощности. Улучшение соответствующих показателей в конечном итоге приведет к повышению надежности и эффективности при применении лазера для нужд сил воздушной самообороны и ПРО.
«С КПД более 35 процентов и практически совершенным качеством луча новая система поможет создать лазеры малого размера, веса и низкого энергопотребления, что позволит использовать их для широкого набора устройств, - говорит Мангано. – Помимо использования в лазерном оружии, технология может также использоваться в системах с низким энергопотреблением, таких как лазерных коммуникации, поиск и идентификация цели».
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru