從 20 世紀(jì) 70 年代到現(xiàn)今，美國(guó)針對(duì)激光點(diǎn)火提出了 4 種模型
(1)光-電混合點(diǎn)火模型；
(2)激光二極管點(diǎn)火模型；
(3)激光直接點(diǎn)火模型；
(4)激光驅(qū)動(dòng)沖擊點(diǎn)火模型。
光-電混合點(diǎn)火技術(shù)(OEI)始于 20 世紀(jì) 80 年代，其設(shè)計(jì)思想是將光能轉(zhuǎn)化為電能，在特殊的光指令信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，使電容器放電引爆雷管 [4] 。 激光二極管點(diǎn)火(LDI)技術(shù)利用激光二極管發(fā)出的光脈沖，通過光纖引出，透過密封光學(xué)窗，照射猛炸藥，經(jīng)過一定時(shí)間的熱積累，實(shí)現(xiàn)炸藥的點(diǎn)火。激光二極管的輸出能量雖然很低，但由于點(diǎn)火裝置很小，適宜作為武器、煙火藥的點(diǎn)火。目前，該項(xiàng)目可行性論證工作已完成，已開展相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)。
直接激光點(diǎn)火(DOI)是利用光直接作用在一層鋁膜上，使其汽化至等離子化，沖擊炸藥起爆。因此，作用時(shí)間短，需要的功率密度大。目前Sandia實(shí)驗(yàn)室的“DOI”計(jì)劃理論工作和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展順利，但工程化和小型化遇到不少困難。主要是裝置運(yùn)行的熱環(huán)境和力學(xué)環(huán)境適應(yīng)能力都很差，系統(tǒng)組件小型化方面也存在不相當(dāng)?shù)碾y度。其中激光器的小型化問題一直得不到很好地解決，同時(shí)光纖的損傷幾率也比較大 [5] 。
激光驅(qū)動(dòng)沖擊點(diǎn)火（LDSF）是美國(guó)能源部在原來電驅(qū)動(dòng)沖擊片點(diǎn)火基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型拍擊式點(diǎn)火方式，英文簡(jiǎn)稱“Slapper” [6] 。它利用了激光的優(yōu)良性能以及光纖技術(shù)方面取得的成果，因此被公認(rèn)為最有前途的點(diǎn)火方式。它的基本原理是：利用激光直接作用與金屬膜，使之部分汽化至等離子化，余下部分被加速?zèng)_擊炸藥。其金屬膜的厚度一般在微米量級(jí)，點(diǎn)火所需功率密度為GW/cm2。Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室均在此方面作了大量實(shí)驗(yàn)。目前，激光器一般采用 10 ns脈寬的YAG激光器，金屬膜選用鋁和銅，膜直接沉積在光學(xué)襯底或光纖端部，光纖直徑一般在 0.2~1.0 mm之間。2000年，Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在 0.4 mm芯徑的端部沉積數(shù)十微米厚的鋁膜，激光能量為 30 mJ，照射 80 ns后，測(cè)得飛片速度為 3 km/s，激光能量轉(zhuǎn)化率為 35%。
把激光作為一種“精密”點(diǎn)火源,起爆或點(diǎn)燃火工品的技術(shù),即為激光點(diǎn)火技術(shù)。激光點(diǎn)火是一種安全、可靠、輕便的新型點(diǎn)火技術(shù),與常規(guī)的電橋絲雷管點(diǎn)火相比,其優(yōu)點(diǎn)是:抗干擾能力強(qiáng),避免了電磁波、靜電等電信號(hào)的干擾;安全性高,實(shí)現(xiàn)了炸藥、煙火劑與電源裝置有效隔離及鈍感點(diǎn)火;技術(shù)易于拓展,可實(shí)現(xiàn)猛炸藥的爆燃轉(zhuǎn)爆轟、裝置小型化和多點(diǎn)起爆功能。
20世紀(jì)60年代末至70年代初,BRISH,MENICH-ELLI等人率先介紹了激光作為起爆源的使用。BRISH等人最先介紹了激光點(diǎn)火的機(jī)理。我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研究激光點(diǎn)火的原理,取得了一定成績(jī)。
20世紀(jì)80年代中期,由于激光器體積小型化,性能光纖出現(xiàn),耦合技術(shù)的發(fā)展等使激光點(diǎn)火技術(shù)得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代,美國(guó)將其列為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。1992年,美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-1901首次要求把激光點(diǎn)火用于直列式點(diǎn)火。國(guó)外已經(jīng)把激光點(diǎn)火應(yīng)用在航空,航天和軍事領(lǐng)域。
激光點(diǎn)火系統(tǒng)需產(chǎn)生、傳輸高能量密度的激光,受激光器、激光器驅(qū)動(dòng)電源、能量光纖、高能量密度激光耦合與分束等技術(shù)的制約,目前尚難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。1962年,美國(guó)HALL,NATHAN和HOLORNYAK研制成功半導(dǎo)體GaAs同質(zhì)結(jié)激光二極管。激光二極管代替固體激光器進(jìn)行激光點(diǎn)火,為激光點(diǎn)火裝置小型化提供了美好的前景。
