GIÁO TRÌNH VỀ LASER, 2016

Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng hạt electron này sẽ hấp thụ năng lượng và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao và tồn tại ở trạng thái kích thích trong thời gian

I.TỔNG QUAN VỀ LAZER

I.1Khái niệm:

Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng anh , và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ ánh sáng "

Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử

Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng

hạt electron này sẽ hấp thụ năng lượng và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao và tồn tại ở trạng thái kích thích trong thời gian rất

đồng thời phát ra các photon, mà mỗi photon có một bước sóng nhất định tạo thành bức xạ dưới dạng sóng điện từ và các tia laser cũng được tạo ra từ nguyên lý này

Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, VD: He-Ne hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng thái chất rắn

I.2.Tính chất

đó khả năng chiếu xa tới hàng nghìn km mà không bị phân tán

• Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có

pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn

I.3.Ngyên lý tạo ra lazer và cơ chế họat động:

Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng(1) chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang(2) Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một loại chất đặc biệt

có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 gương chắn ở hai đầu, một gương phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản

xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon rất lớn Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser

II.ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ

Từ khi tia lazer ra đời, thì một thế hệ vũ khí mới xuất hiện, các cường quốc thì nhau phát triển những vũ khí có ứng dụng tia laser mà chỉ tiêu diệt

làm thế nào để vô hiệu hoá được chiến binh của đối phương, cản trở sự triển khai vũ khí và phương tiện chiến

tranh của đối phương Ví dụ, ta

biết rằng, hệ tiêu hoá của chúng ta

luôn có tần số tự nhiên khoảng

dưới 10 Hz Do vậy vào những

năm sau 1960, người Mỹ đã chế

tạo ra “súng âm thanh trầm” có tần

số tương ứng như vậy Khi súng

Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.

1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) 2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) 3) Gương phản xạ toàn phần

4) Gương bán mạ 5) Tia laser

hướng vào bụng, dạ dầy của đối phương tạo ra sự cộng hưởng với biên độ tăng dần, làm cho đối phương buồn nôn kèm theo chóng mặt, hoa mắt mà không sao cưỡng lại được và người trúng loại “đạn âm thanh” đó tức khắc bị loại ra khỏi cuộc chiến Cũng như vậy, người ta đã dùng sóng radio xấp xỉ với sóng của não người để gây rối loạn đầu óc của đối phương Những loại súng này thường thì gọn nhẹ (chỉ bằng cây bút chì) Có khi dùng tia lazer làm mù mắt của đối phương Ngoài ra thì Mỹ đã trang bị vũ khí laser trên máy bay chiến đấu để có thể phát hiện ra các mục tiêu khi vừa mới bước vào lãnh thổ , hoặc tiêu diệt các tên lửa đạn đạo khi vừa mới ở giai đoạn đầu tiên

là giai đoạn bắn Để hiểu rõ hơn về vũ khí laser chúng ta tìm hiểu kĩ hơn ở

hệ thống phòng thủ LASER ABL , cũng như một số hệ thống phòng thủ khác

II.1 HỆ THỐNG LAZER ABL

II.1.1 Cấu tạo của hệ thống Lazer ABL

chế tạo với mục tiêu phá hủy mọi loại tên lửa đạn đạo, bao gồm tên lửa đạn

Năng lượng cho nó hoạt động gồm các hóa chất có thể tìm thấy trong chất tẩy thông thường là hydrogen peroxide và potassium hydroxide, kết hợp

-Chemical Oxygen Iodine Laser), - một biến thể của laser hoá học hồng ngoại, bao gồm 6 module và có công suất phát ra ở chế độ phát liên tục đạt mức MW 2 laser thể rắn công suất mức kW đang được dùng để chiếu xạ mục tiêu

II.1.2.Đặc tính

nhiên liệu tên lửa thì sẽ làm cho thân tên lửa nóng lên làm tăng áp suất bên trong tên lửa cộng với tải trọng phát sinh khi bay và với tốc độ cao hoặc tải trọng tạo ra bởi lực cản chính diện của khí quyển Như vậy là có thể tiêu diệt tên lửa mà không phải thiêu cháy toàn bộ thân tên lửa

Tia laser có hành trình dọc theo chiều dài của chiếc máy bay hạng

của hệ thống đặt ở phía đuôi máy bay đi qua hệ thống kiểm soát chùm laser,

hệ thống kiểm soát sẽ phóng và bắn ra từ phần tháp pháo đặc biệt gắn ở mũi

Chiếc Boeing 747 của không quân Mỹ mang vũ khí laser ABL Ảnh: USAF.

của máy bay để tới mục tiêu và việc bắn vũ khí laser bằng đường không tiêu diệt tên lửa đạn đạo đang bay

Vũ khí laser tiêu diệt các tên lửa đạn đạo trong giai đoạn tăng tốc của chúng nên có nhiều lợi thế Khi đó các hỏa tiễn đang tỏa nhiệt cực mạnh để

khí laser ABL có thể tiêu diệt một quả tên lửa đạn đạo xuyên lục địa dùng nhiên liệu lỏng (ICBM) từ khoảng cách 600 km Nhưng sẽ khó khăn hơn khi chúng đánh chặn tên lửa dùng nhiên liệu rắn và đây cũng là nhược điểm của nó

II.1.3 Hệ thống ABL trong phòng thủ từ xa:

Vũ khí laser ABL được thiết kế với mục đích tiêu diệt các loại tên lửa

giai đoạn bay này hệ thống ABL sẽ sử dụng các sensor (cảm biến) hồng ngoại để phát hiện ra sơ bộ mục tiêu

Sau khi phát hiện ra mục tiêu, hệ thống sẽ sử dụng ba tia laser năng lượng yếu được phóng để tính toán hướng bay và tốc độ bay của tên lửa, xác định điểm ngắm bắn và đo sự chảy rối của không khí Dựa vào những thông tin thu được, hệ thống ABL sẽ tính toán để phóng ra chùm tia laser với năng lượng thích hợp Sau đó laser chính đặt ở mũi máy bay phát 1 xung dài 3 -5s, đủ để tiêu diệt 1 tên lửa Xung này nhờ kính viễn vọng mạnh lắp trên ụ ở mũi máy bay, được tụ tiêu và giữ trên điểm ngắm Toàn bộ quá trình từ phát

tia laser từ một tháp pháo gắn trên mũi chiếc máy bay Boeing 747 chuyên dụng và nhằm vào mục tiêu

Theo thiết kế, cơ chế hoạt động của vũ khí ABL là chiếu sáng tên lửa của

tìm, trong khi đó thì hệ thống

khi tia laser này chạm tới mục

cũng được phóng ra từ mũi chiếc

Boeing 747 Sức nóng của nó

gây sức ép lên khoang nhiên liệu

của quả tên lửa đang bay khiến

ABL sử dụng nhiên liệu hóa học để tạo ra tia laser năng lượng cao Chiếc máy bay 747 hiện nay có thể mang đủ nhiên liệu phục vụ cho 20 phát bắn năng lượng cao hoặc 40 phát bắn năng lượng thấp chống lại các TBM

khu vực chứa nhiên liệu của tên lửa và khiến nó phát nổ Ngoài ra ABL có thể được điều khiển để nung nóng lớp vỏ lên lửa, làm suy yếu phần vỏ này, khiến tên lửa bị phân rã trong tốc độ rất cao do thời gian đầu của quá trình phóng, tên lửa đang tăng tốc Do tấn công với tốc độ ánh sáng nên ABL được cho là có thể tiêu diệt mục tiêu với tỉ lệ thành công rất cao

Mô phỏng cơ chế hoạt động của hệ thống vũ khí laser ABL chống tên lửa đạn đạo trên một chiếc

Boeing 747 Ảnh: Ausairpower.

Các máy bay mang ABL sẽ cất cánh tuần tra chiến đấu và tuần tra ở

độ cao lớn, ở cách các khu vực đối phương có thể triển khai tên lửa đến 600

km trong một khoảng thời gian khá dài Có thể kéo dài thời gian trực chiến trên không của máy bay ABL bằng cách tiếp dầu trên không cho máy bay

Để yểm trợ và bảo đảm hoạt động của các máy bay ABL, người ta sẽ huy động các máy bay tiêm kích và máy bay tác chiến điện tử

II.2.Vũ khí laser( THEL) phòng thủ chống đạn pháo

Hãng sản xuất Northrop Grumman muốn LQ Mỹ sử dụng hệ thống laser chiến thuật năng lượng cao THEL (Tactical High Energy Laser) trong chiến đấu tiếp sau những vụ thử thành công mới đây đối với hệ thống này khi nó bắn rơi loạt đạn cối bắn đến

Riêng radar của hệ THEL đã ở trạng thái hoàn thiện, sử dụng radar của THEL để phát hiện đạn rocket trong điều kiện chiến đấu Hệ THEL được thiết kế để bắn hạ các đạn rocket lớn hơn và được chế tạo tốt hơn các đạn rocket Kassam Hệ thống THEL có thể bám các rocket Kassam nhỏ và bắn hạ chúng bằng laser THEL có thể bám và phá huỷ các mục tiêu nhỏ hơn đang bay như đạn cối

Hệ thống laser và radar có thể bám đồng thời tới 60 mục tiêu (đạn pháo, cối, rocket) và phá huỷ các quả đạn này ở tầm tới 5 km THEL có thể

Hình mô phỏng một máy bay lắp hệ thống ABL

Có thể tiêu diệt mọi loại tên lửa đạn đạo

Ngoài vấn đề kích thước và chi phí của hệ thống THEL, còn có vấn đề tia laser bị suy yếu bởi mây, sương mù, thậm chí là khói nhân tạo Vì thế hiện chưa có nhiều sự ủng hộ cho việc bắt đầu sử dụng một hệ thống THEL cồng kềnh và đắt tiền ngay vào thời điểm này Nhưng vào cuối thập kỷ này, một biến thể

nhỏ gọn hơn

và rẻ tiền hơn

của THEL sẽ

hấp dẫn hơn

và có thể sẽ

được đặt mua

Hiện tại, THEL còn cồng kềnh và không thật sự cơ động Mỗi hệ thống cần có 6 chiếc xe kéo trở lên để chở radar, tiếp nhiên liệu và thiết bị laser

THEL đánh chặn mục tiêu

Biến thể mới MTHEL (Mobile Tactical High-Energy Laser - hệ thống laser chiến thuật năng lượng cao cơ động) đã được thiết kế, sử dụng 3 xe kéo;hệ thống MTHEL lắp vừa trên 1 xe ôtô đa năng hạng nhẹ cơ động cao HMWV

III SỬ DỤNG LAZER TRONG TIÊU DIỆT ĐỐI THỦ (JDAM )

III.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Trái bom sau đó sẽ phối hợp với hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GPS) tìm diệt mục tiêu Bộ não của bom chính là một thiết bị nhận tín hiệu GPS, được lập trình trước Thiết bị nhỏ này điều chỉnh hướng bay nhờ các

"vây" trên đuôi quả bom, theo các dữ liệu về toạ độ mà hệ thống vệ tinh cung cấp

Được dẫn đường nhờ các tín hiệu GPS, JDAM hoạt động hiệu quả cả trong thời tiết xấu Trong khi đó, bom định vị bằng laser, rất dễ đi lạc nếu gần mặt đất có khói hay sương mù

Khâu xác định mục tiêu được tiến hành khá công phu Các vệ tinh và máy bay do thám thu thập rất nhiều thông số về hình ảnh, tia xạ, sự thay đổi

về nhiệt để tìm hang động, các đường hầm và binh lính Những dữ liệu này, cùng với các tin tức tình báo, được tổng hợp lại Một sai sót nhỏ trong quá trình thu thập và xử lý thông tin có thể khiến toạ độ mục tiêu không chính xác

MTHEL

III.2.1 Nhược điểm

Tia laser có thể bị lệch đi do ảnh hưởng của các tác nhân thời tiết hay khói dày đặc thường có ở các trận địa Do vậy, trái bom có thể bị chệch hướng vào những phút cuối cùng

"bom chính xác" đôi khi vẫn để tuột mất con mồi, chủ yếu do phân tích toạ độ mục tiêu sai ngay từ ban đầu

III.2.2 Ưu điểm

JDAM không đòi hỏi phi công phải xác định mục tiêu tấn công cụ thể

Do vậy, máy bay được phép thả bom từ độ cao an toàn Theo thiết kế, bom

có thể tới gần mục tiêu định sẵn trong khoảng bán kính 1m Chính vì thế, JDAM còn được gọi là "bom chính xác"

Dựa vào tín hiệu từ vệ tinh, JDAM có thể bị đánh lừa nếu như đối phương xây dựng một đài phát làm nhiễu các tín hiệu GPS Dĩ nhiên, điều này đòi hỏi trình độ công nghệ cao với các điều kiện nghiên cứu tốt