【导  读】波长处在1.1 μm～1.7 μm内的短波红外激光，具有5个方面的显著特征：一是有1.15 μm～1.3 μm和1.4 μm～1.8 μm两个大气透射窗口，在这2个透射窗口内的激光传输距离远；二是大气散射较弱，穿透雾霾、雨雪、烟雾、沙尘等的能力强，有利于在恶劣天气条件下的激光远距离照射和回波探测；三是对工作在可见和近红外波段的传统微光夜视设备是完全隐身的，可在夜间作为辅助照明光源，实施侦察、监视和瞄准；四是有峰值响应波长在该范围内的成熟的高响应度铟镓砷（InGaAs）探测器，能够形成发射和探测接收齐备的短波红外激光应用系统；五是处在1.4 μm～1.6μm波段内的激光对人眼安全，其对人眼虹膜的照射极限为104 J/m2，比1.064 μm的照射极限5×10-2 J/m2高出6个数量级。正是由于短波红外激光的以上特征，使其已经成为激光军事应用的一个重要发展方向。尤其是随着微型铒玻璃激光器和小型掺铒光纤激光器技术的日益成熟，短波红外激光在光电侦察与反侦察中的应用必将会越来越广泛。

1、短波红外激光器

根据短波红外激光产生机理的不同，有三大类的短波红外激光器，分别是半导体激光器、光纤激光器和固体激光器。其中固体激光器又可分为基于光学非线性波长变换的固体激光器和由激光工作物质直接产生短波红外激光的固体激光器两种。

1.1   半导体激光器
半导体激光器以半导体材料作为激光工作物质，其输出激光波长由半导体材料的禁带宽度决定。随着材料科学的发展，可通过能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，将激光波长扩展到更宽的范围。因此，用半导体激光器可获得多个短波红外激光波长。

半导体激光器采用简单的电激励方式，发射激光模式既可以是连续的，也可以是脉冲的。脉冲模式工作时，激光重复频率可高可低。因此，半导体激光器电光转换效率高、模式灵活、成本低、体积小、质量轻、寿命长，在工业、科研和军事上的应用前景广阔。

短波红外半导体激光器典型的激光工作物质是磷化体材料。如孔径尺寸95μm的磷化铟半导体激光器，输出激光波长1.55 μm和1.625 μm，功率已经达到了1.5 W[2]。

1.2   光纤激光器
光纤激光器以掺稀土元素的玻璃光纤做激光介质，用半导体激光器做泵浦源，具有阈值低、转换效率高、输出光束质量好、结构简单、可靠性高等优异特性。还可利用稀土离子辐射光谱宽的特点，通过在激光谐振腔内加入光栅等选择性光学元件，构成可调谐光纤激光器。光纤激光器已经成为激光器技术发展的一个重要方向。

典型的短波红外光纤激光器采用的是掺铒（Er3+）增益光纤，可输出1.536μm和1.55 μm两个波长的短波红外激光，在这两个波长处的可调谐宽度分别为14 nm和11 nm。法国SENSUP公司的1.55 μm光纤激光器，采用1.55 μm半导体激光器做种子源的MOPA（主振荡功率放大器），在5 kHz重复频率时，峰值功率可达到20 kW。

1.3   固体激光器
1）由激光工作物质直接产生短波红外激光的固体激光器

可直接产生短波红外激光的固体激光增益介质主要是Er:YAG晶体和陶瓷、以及掺Er玻璃。基于Er:YAG晶体和陶瓷的固体激光器，可直接输出1.645μm短波红外激光，是近年来短波红外激光器研究的一个热点[３-５]。目前，采用电光或声光调Q的Er:YAG激光器脉冲能量已经达到几到几十mJ，脉冲宽度几十ns，重复频率几十到千Hz，若用1.532 μm的半导体激光作泵浦源，将会在激光主动侦察和激光对抗领域有很大优势，尤其是其对典型激光告警器具有隐身效果。

掺Er的硅酸玻璃和磷酸玻璃可直接产生1.5Xμm的激光，如Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃（1.535 μm)等。这类激光器输出的激光束质量好，用可饱和吸收被动调Q，可将脉冲宽度压缩到几个ns，是一种典型的短波红外脉冲激光器，其输出激光波长更接近探测器的峰值波长1.55 μm，非常适用于激光主动探测应用。

Er玻璃激光器结构紧凑、成本低、质量轻，还可实现调Q运转，是短波红外波段激光主动探测的首选光源。但由于Er玻璃材料有4个方面的缺点：一是吸收光谱中心波长940 nm或976 nm，灯泵浦很难实现；二是Er玻璃材料制备困难，不容易做出大尺寸；三是Er玻璃材料热性能差，不容易实现重复频率长时间运转，更不能实现连续运转；四是没有合适的调Q材料。尽管基于Er玻璃的短波红外激光器研究一直受到人们的关注，但由于以上4个方面的原因，一直没有产品问世。直到1990年之后，随着波长940 nm和980 nm的半导体激光bar条、以及Co2+:MgAl2O4（掺钴铝酸镁）等饱和吸收材料的出现，突破了泵浦源和调Q两大瓶颈，Er玻璃激光器研究才得到了快速发展。尤其是近几年来，我国将半导体泵浦源、Er玻璃和谐振腔集成做在一起的微型Er玻璃激光器模块重量不超过10 g，已经具备了峰值功率50  kW模块的小批量生产能力。但由于Er玻璃材料热性能差的缘故，激光模块重复频率还比较低，50 kW模块激光频率只有5 Hz，20 kW模块激光频率最大10 Hz，只能用于低频率场合。

2）  基于光参量振荡器的短波红外固体激光器

Nd:YAG脉冲激光器输出的1.064 μm激光，峰值功率高达兆瓦量级，这样的强相干光通过某些特殊物质时，其光子在物质的分子上发生非弹性散射，即光子被吸收并产生较低频率的光子。有两类物质可实现这种频率变换效应：一是非线性晶体，如KTP、LiNbO3等；二是H2等高压气体。将它们放置在光学谐振腔内，就形成光参量振荡器（OPO）。

基于非线性晶体的OPO，泵浦光被吸收并产生2个低频光波（信号波和闲置波），通常OPO只反馈其中一个。用1.064 μm激光泵浦KTP、LiNbO3等非线性晶体，可获得1.57 μm的短波红外激光。

基于高压气体的OPO通常是指受激喇曼散射光参量振荡器，泵浦光被部分吸收并产生一个低频率光波。成熟的喇曼激光器是用1.064 μm激光泵浦高压气体H2，获得1.54 μm短波红外激光。

基于光参量振荡器的Nd:YAG激光器，首先由Nd:YAG激光器产生1.064 μm脉冲激光，然后经过OPO进行波段转换，因此激光器整体电光效率低，但所产生的短波红外激光峰值功率可达兆瓦及以上量级，是目前国内外获得高峰值功率短波红外激光的最佳技术途径。

2、短波红外激光在光电主动侦察中的应用

2.1   人眼安全激光测距机
短波红外激光最成熟的应用就是人眼安全激光测距[９]，已有多个型号的产品装备，多用于手持式激光测距和车载火控系统激光测距。这些产品的激光器采用的是波长1.54 μm的喇曼频移激光器或1.57 μm的OPO激光器。探测器则选用高灵敏度的InGaAs/InP雪崩探测器，其峰值相应波长1.55 μm处的响应度比硅雪崩探测器对1.06 μm激光响应度高出一个数量级，而最小可探测功率则要低一个数量级。另外，1.54μm和1.57μm激光的大气衰减也比1.06 μm激光小。因此，激光脉冲能量只有几到十几毫焦的人眼安全激光测距机，最大测程就能达到10 km～20 km。

近年来，随着掺Er光纤激光器和Er玻璃激光器技术的飞速发展和工艺的日益成熟，辅以多脉冲信号处理技术，体积、质量和功耗更小的微小型光纤激光器和铒玻璃激光器将逐渐取代体积、质量和功耗大的基于光参量振荡器的固体激光器，成为人眼安全激光测距机更理想的激光源。

SENSUP公司的LRF-1550-MR/MR+型人眼安全测距机，虽然采用的1.55 μm光纤激光器脉冲峰值功率只有千kW量级，但由于采用了多脉冲（十脉冲）测距体制，其对2.3 m×2.3 m标准目标的最大测程达到了15 km@5 Hz，功耗只有7 W，质量840 g。图1为LRF-1550-MR/MR+人眼安全激光测距机照片。

图1    SENSUP公司的LRF-1550-MR/MR+激光测距机

2.2   短波红外成像激光雷达
以短波红外激光做光源的成像激光雷达除具有普通成像激光雷达的空间分辨率高、距离精度高、体积小、质量轻、功耗低等优点外，其对大雾、雨雪、沙尘等恶劣视觉环境的穿透能力强，非常适合于直升机的航行避障和着陆导航。

成像激光雷达有两种成像方式：一种是基于单元探测器的两维扫描式成像，它是用窄激光束对视场内区域进行逐点扫描探测，因此激光器的频率必须足够高，通常采用的是重复频率几十甚至上百kHz的短脉冲激光器，激光峰值功率几十kW到百kW，以半导体激光器和光纤激光器为主。这类激光雷达的探测距离远，但存在成像分辨率和成像速率之间的矛盾。在视场一定的情况下，如果要分辨率高，则扫描的点就多，扫描成像时间长，因而成像速率就低，难以实现实时应用；反之，如果要求成像速率高，则必然要减少扫描点数，分辨率不高。

另一种是基于面阵探测器的凝视成像，采用的是束散角覆盖雷达系统视场的宽激光束，发射单次激光脉冲就可获得整幅图像，因此也叫闪光成像雷达，闪光雷达较好地解决了成像分辨率与成像速率之间的矛盾，帧频高，探测时效性强，但需要的激光峰值功率要比前者高得多。目前可用的短波红外激光器有半导体泵浦Er:YAG激光器和基于OPO的1.57 μm激光器，脉冲峰值功率可到兆瓦甚至几十兆瓦，其20 Hz甚至更高的激光重复频率，使得闪光成像雷达的帧频完全可与CCD相媲美。

成熟的短波红外成像激光雷达产品大多为扫描成像模式，激光波长集中在1.5 μm左右。如美国的3D-LZ JCTD高分辨率成像激光雷达，用波长1.5 μm、重复频率150 kHz的光纤激光器，探测距离610 m，但帧频只有0.1 Hz。已见报道的闪光成像雷达是美国的ALHAT闪光雷达，采用的是重复频率30 Hz、峰值功率6 MW的1.064 μm固体激光器，成像距离1 km。

2.3   短波红外激光辅助照明隐身监视瞄准技术
用短波红外激光在夜间对目标照明，目标上的可见和近红外观瞄设备、以及传统的夜视设备都无法感知。如果用1.3 μm或1.6 μm激光，即使典型的激光告警器也探测不到。因此，用短波红外激光作为辅助照明光源，用InGaAs 焦平面探测器结合低F/#物镜的短波红外摄像机，两者构成光电监视与瞄准系统，不仅通过低能见度条件下的视觉增强大幅提高系统的夜间作用距离，更重要的是其自身具有隐身特性。

用于辅助照明隐身监视和瞄准的短波红外激光器以较低功率的连续模式和高重频半导体激光器和光纤激光器为主，体积小、质量轻、功耗低。传感器为标准模式工作的短波红外摄像机。图2是用1.5 W的“磷化体LM系列”半导体激光器（波长1.55 μm）在雪夜对距离3.6 km的防火塔进行辅助照明所获得的图像。

图2   雪夜对3.6 km处防火塔辅助照明获得的图像

2.4   短波红外激光选通观察技术
选通观察（GV）系统由脉冲激光照明器和同步选通观察摄像机组成。在发射激光脉冲之后，选通观察摄像机只对选通距离门控范围内目标返回的激光光子进行采集，而抑制了目标的前景和背景。一方面，通过抑制物体的背景，获得比非选通图像高得多的目标/背景对比度；另一方面，摄像机不采集其与目标之间大气颗粒反向散射的光子，使GV系统在低能见度条件的成像潜力大增。

图3是分别用距离选通和非距离选通对480m远处的一辆汽车获得的图像。其中左图是用0.950μm～1.65μm波长范围内的短波红外波段摄像机获得的非选通被动图像，右图是用1.57μm激光主动照明获得的距离选通观察图像。可见，选通观察图像的对比度明显高于非选通图像。

图3   被动短波红外图像  （a）主动照明短波红外选通观察图像     （b）对比

短波红外GV系统的典型应用是夜间的远距离成像。激光照明器应是高峰值功率短脉冲短波红外激光器，其重复频率应与选通摄像机的帧频一致。根据目前国内外短波红外激光器的现状，半导体泵浦Er:YAG激光器和基于OPO的1.57 μm固体激光器是最佳选择。微型Er玻璃激光器重复频率和峰值功率还有待提高。

3、短波红外激光在光电反侦察中的应用

短波红外激光反侦察的实质就是用短波红外激光束照射敌方工作在短波红外波段的光电侦察设备，使其获得错误的目标信息或不能正常工作，甚至探测器被损坏。典型的短波红外激光反侦察手段有两种，即对人眼安全激光测距机的距离欺骗干扰和对短波红外摄像机的压制损伤。

3.1   对人眼安全激光测距机的距离欺骗干扰
脉冲激光测距机是通过激光脉冲在发射点与目标间来回一次所经历的时间间隔换算出目标相对于发射点处的距离。如果在目标的反射回波信号到达发射点之前，测距机探测器接收到其他的激光脉冲，就会停止计时，以此换算出的距离并不是目标的实际距离，而是比目标实际距离小的虚假距离，这就达到了对测距机的距离欺骗目的。对人眼安全激光测距机，用同样波长的短波红外脉冲激光器就可实施距离欺骗干扰。

实施测距机距离欺骗干扰的激光器模拟的是目标对激光的漫反射光，所以激光峰值功率很低，但应满足以下两个条件：

1）激光波长必须与被干扰测距机工作波长一致。测距机探测器前都装有干涉滤光片，带宽非常窄，工作波长之外其他波长的激光无法到达探测器光敏面，即使波长相近的1.54 μm和1.57 μm激光都不能相互干扰。

2）激光重复频率必须足够高。测距机探测器只有在实施测距时才响应到达其光敏面的激光信号。要实现有效干扰，干扰脉冲至少应在测距机波门内挤进去2～3个脉冲。目前能实现的测距距离波门在μs量级，所以干扰激光必须是高重复频率。以目标距离3 km为例，激光来回一次需要的时间为20 μs，按至少进去2个脉冲计算，激光重复频率必须达到50 kHz。若激光测距机的最小测程300 m，则干扰机的重复频率不能低于500 kHz。只有半导体激光器和光纤激光器才能达到如此高的重复频率。

3.2   对短波红外摄像机的压制干扰与损伤
作为短波红外成像系统核心部件的短波红外摄像机，其InGaAs 焦平面探测器的响应光功率动态范围有限，如果入射光功率超出动态范围上限，就会出现饱和现象，探测器不能正常成像，更高功率的激光则会对探测器造成永久性损伤。

连续以及峰值功率较低但重复频率高的半导体激光器和光纤激光器，适合于对短波红外摄像机实施持续压制式干扰。用激光持续照射短波红外摄像机，由于光学镜头的大倍率聚光作用， InGaAs 焦平面上激光弥散斑所到区域严重饱和，因而不能正常成像。只有在激光照射停止一段时间后成像性能才能逐渐恢复正常。

根据多年从事可见和近红外波段激光主动对抗产品研发和多次外场损伤效能试验结果来看，目前只有峰值功率兆瓦量级及以上的短脉冲激光才能在千米以外距离对电视摄像机造成不可逆的损伤。能否达到损伤效果，激光的峰值功率是关键。只要峰值功率高出探测器损伤阈值，单个脉冲就可损伤探测器。从激光器的设计难度、散热和功耗的角度考虑，激光的重复频率没有必要一定要达到摄像机的帧频甚至更高，10 Hz～20 Hz就能满足实战应用。自然，对短波红外摄像机也不例外。

InGaAs 焦平面探测器包括基于InGaAs/ InP电子迁移光电阴极的电子轰击CCD和后来发展起来的CMOS，它们的饱和与损伤阈值与Si基CCD/CMOS在同一数量级，但目前还没有获得InGaAs/ InP基 CCD/COMS的饱和与损伤阈值数据。

根据目前国内外短波红外激光器的现状，基于OPO的1.57 μm重频固体激光器仍是对CCD/COMS实施激光损伤的最佳选择，其较高的大气穿透性能以及高峰值功率短脉冲激光的大光斑覆盖和单脉冲有效特性，对装有短波红外摄像机的远距离光电系统的软杀伤威力是显而易见的。
4、结束语

波长处在1.1 μm～1.7 μm内的短波红外激光，具有大气透过率高，穿透雾霾、雨雪、烟雾、沙尘等的能力强，对传统的微光夜视设备隐身，处在1.4 μm～1.6μm波段内的激光对人眼安全，并有峰值响应波长在该范围内的成熟的探测器等显著特征，已经成为激光军事应用的一个重要发展方向。

本文对磷化体半导体激光器、掺Er光纤激光器、掺Er固体激光器和基于OPO的固体激光器等4种典型短波红外激光器的技术特点与现状进行了分析，梳理出了这些短波红外激光器在光电主动侦察与反侦察中的典型应用。

1）连续与低峰值功率高重频磷化体半导体激光器和掺Er光纤激光器，主要用于夜间远距离隐身监视瞄准的辅助照明和对敌方短波红外摄像机的压制干扰。高重频短脉冲磷化体半导体激光器和掺Er光纤激光器激光器还是多脉冲体制人眼安全测距、激光扫描成像雷达和人眼安全激光测距机距离欺骗干扰的理想光源。

2）重复频率不高、但峰值功率兆瓦甚至十兆瓦量级的基于OPO的固体激光器可广泛用于闪光成像雷达、夜间远距离激光选通观察、短波红外激光损伤和传统模式远程人眼安全激光测距。

3）微型Er玻璃激光器是短波红外激光器近几年发展最快的一个方向，目前的功率和重复频率水平可用于微小型人眼安全激光测距机。假以时日，一旦峰值功率达到兆瓦量级，就可用于闪光成像雷达、激光选通观察和对短波红外摄像机的激光损伤。

４）对激光告警器隐身的半导体泵浦Er:YAG激光器，是高功率短波红外激光器的主流发展方向，在闪光激光雷达、夜间远距离激光选通观察和激光损伤方面的应用潜力巨大。

近年来，随着武器系统对光电系统集成化要求越来越高，激光设备的小型轻量化成为了激光设备发展的必然趋势，体积小、质量轻、功耗低的半导体激光器、光纤激光器和微型Er玻璃激光器则成为短波红外激光器发展的主流方向。尤其是光束质量好的光纤激光器，其在夜间辅助照明隐身监视瞄准、扫描成像激光雷达和激光压制干扰方面具有很大的应用潜力。但目前这三类小型轻量化激光器的功率/能量普遍偏低，只能用于一些近距离侦察应用，还不能满足远距离侦察和反侦察需求。因此，发展重点就是提高激光功率/能量。

基于OPO的固体激光器光束质量好、峰值功率高，在远距离选通观察、闪光成像雷达和激光损伤方面的优势依然非常明显，还应进一步提高激光输出能量和激光重复频率。对于半导体泵浦Er:YAG激光器，如果在提高脉冲能量的同时，进一步压缩脉冲宽度，将会成为OPO固体激光器的最佳替代产品，在远距离选通观察、闪光成像雷达和激光损伤方面具有较大的应用潜力。