国外激光武器发展情况（基于专利跟踪分析）

作者：林运赠，徐晓艳，王永芳。

作者单位：中国航天系统科学与工程研究院。

摘要

针对国外激光武器发展应用情况，在全球专利数据库范围内开展美国、德国、英国、以色列等国外专利检索，获取了2017年以后公开的435项专利；基于专利技术构成分析了解到国外从提升激光器功率、合束效率、光束指向精度与速度等方面，突破高能激光武器作战距离、机动目标跟踪和持续作战能力；从专利区域分布分析了解到，美国的技术创新占国外申请总量的61%，且有54.7%的专利受到了政府资助；针对国外重点项目或政府资助专利进行方案剖析，深度挖掘了核潜艇激光武器和炫目激光武器的技术改进方向。通过国外激光武器专利的跟踪与分析，梳理国外技术发展动向，为我国技术发展与风险防御提供信息支撑。

2020～2022年，美军重点激光武器项目开展情况包括以下几个方面：

• 美军推进水下航行器的激光武器技术突破

• 美军实现60kw级舰载激光炫目武器装备应用

• 美军推进高功率反导/反无人机激光武器装备研制

国外激光武器专利技术分布分析

在近5年的国外激光武器专利中，高能激光器的专利申请最多，有117项，占申请总量的27%，专利技术方案侧重光纤激光器的优化设计，主要采用光谱展宽抑制技术和窄线宽光纤光路设计方法提高激光器输出功率和质量，以助于提升激光武器的远距离打击能力。

激光合束技术的专利申请量排名第二，有108项，占申请总量的25%，专利主要涉及相关合束、光谱合束、几何合束等。其中，美军专利以光谱合束为主要发展方向，采用衍射效率较高的光栅减少偏振影响，并采用双光栅结构减少由线宽造成的光束质量下降，在利用相同的光栅实现光束多次反射后合束，降低激光合束系统的体积和复杂性。

高能激光武器总体技术专利申请量排名第三，有89项，占申请总量的20%，专利方案涉及水下激光武器系统、激光炫目武器系统和综合集成系统等。从美军专利技术方案来看，激光系统系统呈现激光炫目打击、烧毁打击、侦察监视等多功能集成一体化趋势，以提升激光武器系统作战有效性。

高精度光束指向与瞄准技术方面有76项专利，占申请总量的18%，专利方案涉及光学相控阵、空间传播校正、光束瞄准与动态跟踪等。主要围绕导弹、无人机等机动目标的快速跟踪打击需求，对高能激光指向与瞄准进行技术改进，最新技术方案包括采用低功率光束控制，解决光学元件易受损的问题，且优选液晶实现波束切换控制，以提升激光束的快速精确指向。

在激光武器热管理技术方面有45项专利，占申请总量的10%，专利方案侧重相变储热技术改进，主要涉及高效换热相变结构设计。

从上述结果结果来看，国外主要从提升激光器功率、合束效率、光束精度与速度等方面，突破高能激光武器作战距离、机动目标跟踪和持续作战能力。

国外激光武器专利区域分布分析

国外激光武器技术创新主要来自于美国、德国、以色列、英国等国家，这些国家也是近5年推进激光武器研制的主要国家。

其中，美国有265项激光武器专利，占国外申请总量的61%。美国专利主要技术创新主体包括洛马公司、雷神公司、美国陆/海/空军等。近5年，美国专利新出现的专利技术方案主要包括：一是水下航行器激光武器专利，重点突破水下高效激光传输，实现水下目标打击；二是激光多功能集成专利，基于激光实现眩目、干扰、侦察等多项功能，提升激光武器整体威慑力。此外，美国针对激光武器在反导和反无人机的应用需求，提出了基于光路选择和光学液晶相控阵的高精度波束指向和快速波束切换。

在美国专利申请中，有145项受到美国政府资助了，占美国专利申请总量的54.7%。如图4所示，美国政府资助专利的延迟公开时间集中在2～4年，且有23项专利的延迟公开时间超过了5年，有两项专利的延迟公开时间达到了9年，这些专利技术方案涉及美军技术保密范围，具有较高的跟踪分析价值。

针对激光武器专利的资助政府进行了统计，发现DAPPA、美国导弹防御局、美国海军、美国空军、美国陆军和美国能源部均在资助推进定向能装备研制，这些专利具有较高的美军项目应用背景，是后续专利挖掘分析的重点。

美国政府资助专利延迟公开时间统计分析

国外重点项目专利方案分析

围绕国外专利技术研究热点，在美国政府资助专利、重点项目研制单位专利中筛选了8项核心专利进行分析，主要涉及外军核潜艇激光武器、炫目激光武器。

1、外军核潜艇激光武器专利分析

采用双激光激发水下高效光传导通道，实现水下目标打击。针对水下激光传输损耗大的问题，美国海军申请了两项水下高能激光传导技术专利，分别为专利US8941967B2“水下激光引导放电”和专利US9088123B2“双激光器产生扩展水下等离子体”。

采用激光武器分体安装，实现水面或海岸附近陆上目标隐蔽打击。针对核潜艇浮上水面易暴露目标且水上探出部分装载空间受限的问题，美欧采用了与专利US9045210B2“具有光束操作系统的水下航行器”相似的方案。

通过激光产生高能气泡或等离子体射流以摧毁水下目标。日本三菱重工公司在2017年申请的专利EP3489616A1“一种水下激光发射装置”，可用于攻击水下潜艇或鱼雷。

从国外核潜艇激光武器专利分析结果来看，在核潜艇上实施高能激光武器装备，具有以下优势：①激光武器系统可以直接应用核潜艇的供电和冷却系统，从而降低了激光武器的安装体积；②在隐蔽性方面，激光束在视觉上不可见且发射无噪声，不能在光学或声学上定位。③在目标瞄准方面，激光辐射装置具有光学或电光瞄准装置，可以直接从辐射发射装置的位置进行目标瞄准，而不需要第二架潜望镜或光电桅杆来观察目标。

2、美军激光炫目武器专利分析

近几年，美国海军基于“海军光学炫目拦截器”（ODIN）激光武器系统和“高能激光与一体化光学致盲与监视”（HELIOS）项目，推进针对光学制导导弹和无人机的对抗技术提升，达到反监视和反侦察的作战需求。

美国激光炫目武器研制项目中，主要的承包商包括洛马公司和BAE系统公司。

洛马公司主要承担了美国海军的“海军光学炫目拦截器”（ODIN）和“高能激光与一体化光学致盲与监视系统”（HELIOS）研制，其专利主要涉及激光干扰与炫目打击装置及其网络系统。

洛马公司专利US10082369B2“一种视觉干扰网络及其系统”，通过可见光、红外或紫外光的发射或反射来瞄准敌方光学传感系统，从而助力激光干扰与炫目打击，且光学损伤信号可以沿着飞行路径顺序输出。

洛马公司专利US10101455B1“一种结合光电红外威胁警告和主动反应对策的装置”，针对传统红外对抗措施需要专用的导弹预警传感器，且不能提前检测或对抗潜在威胁的问题，设计了结合光电红外威胁警告和主动反应对策的装置。

BAE系统公司承担了美国海军的战术飞机指示红外对抗系统（TADIRCM）、大型飞机红外对抗（DoN LAIRCM）系统的研制，并承担了英国国防部的快速喷气机定向红外激光系统技术演示项目，其相关专利主要涉及模块化结构激光红外对抗系统。

BAE系统公司专利US9829281B2“一种军用飞机激光对抗系统升级方法”，使用集成的激光单元替换原系统中的单一功能激光部件，使用脉冲激光和连续波激光来提高系统的光学对抗能力和目标瞄准能力。

BAE 系统公司的专利US8665421B1“基于激光的热寻导弹红外对抗系统”，受到了美国海军的资助，资助合同号为N00173-05-C-6020。现有的导弹预警系统（Missile Warning Systems, MWS），包括通用导弹预警系统，能够以高置信度探测和报告导弹威胁，但ＭＷＳ的粗略角度跟踪能力不足以直接使用红外对抗系统，而且传统的红外对抗架构必须依靠采用低温冷却红外焦平面和大型万向架的二级跟踪系统，这大大增加了系统成本和质量。

外军激光武器发展总结

（１）外军扩展激光水下打击和炫目反导能力

从国外激光武器技术发展动态来看，美欧正在全面推进激光武器全域作战能力，促进定向能作战能力提升和作战领域扩展，呈现多域作战且作战方式多样发展态势。

重点发展方向包括：一是推进水下航行器的激光武器技术发展，重点突破水下激光高效传输；二是推进载激光炫目武器装备应用，基于高能激光束使目标眩目且具备反情监侦能力，可以无人机光学侦察系统造成威慑。

（２）外军基于多功能集成提升激光作战能力

在多功能集成作战系统方面，美军通过对现有装备的激光功能模块进行更换升级，实现高能激光打击、激光干扰、激光眩目、光学侦察等功能集成，不仅可基于高能激光实现目标摧毁打击，还可基于激光干扰或致盲实现目标制导系统无效，从而大幅提升激光武器系统作战效能。

来源：本文节选自《基于专利跟踪分析国外激光武器发展情况》一文，该文发表在《激光与红外》杂志, 2024, 54(2): 163-170。