探測隱形飛機雷達的一種光學(xué)工作原理設(shè)想

張守銀

（山東榮信集團 山東 日照 276800）

蔡輝劍

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 鶴壁 458030）

1 實驗

1923年，A.H.Compton從實驗研究X射線的散射中發(fā)現(xiàn)［1，5，8，9，10，11，14］，當(dāng)倫琴射線被物質(zhì)散射時，散射光的波長比入射光的波長長.該實驗的裝置在有關(guān)光學(xué)書籍中可以查到.倫琴射線（即光波，不可見光波）入射到物質(zhì)（如碳單質(zhì)、石蠟等）上時，與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)粒子（電子）碰撞，光子將損失能量，這在光學(xué)書籍的“康普頓效應(yīng)”一節(jié)中已作了證明，而由E＝hν可知光子波的頻率降低，波長將變大.

2 理論

光波不同于機械波，我們知道，機械縱波與物體碰撞的瞬間其波長變短，能量增加，頻率升高.光波與物體碰撞時（如上面的Compton實驗），其波形并不出現(xiàn)被壓縮的情況，按直觀想象，似乎其波形被壓縮，但事實并非如此，這正是光波這種波為幾率波的例證.德布羅意指有波粒二象性的物質(zhì)波為幾率波.

光波與物體（石墨、碳）碰撞其波長增加，在有關(guān)的光學(xué)書籍中可查到其論證過程.碰撞后光波波長λ′與碰撞前光波波長λ之差為其中m0為電子質(zhì)量，c為光速，h為普朗克常量，θ為碰撞后光子的運動方向與原方向的夾角.

3 在光的反射中 反射光與入射光的頻率不同 頻率降低波長變長

A.H.Compton的實驗，是X光子入射到物質(zhì)單質(zhì)（石墨）上，必然從表面開始，X光可進入石墨內(nèi)部，在表面的石墨與在表面以里的石墨都可發(fā)生Compton效應(yīng).中國的吳有訓(xùn)用Si單質(zhì)做實驗發(fā)現(xiàn)也有Compton效應(yīng)，有一種含Si的玻璃叫做硅玻璃，所以X光入射到硅玻璃上也有Compton效應(yīng).

一般地講，凡是電磁波，如太赫茲電磁波、可見光波、X光波、γ射線，均可發(fā)生Compton效應(yīng)，而上面4種波段的電磁波均可稱作光子波，簡稱光波，或簡稱光.

由上式可以看出Δλ是一個很小的數(shù)值.通常用白光做光的反射實驗，看不出波長（對應(yīng)著顏色）對應(yīng)的顏色發(fā)生變化，但若用單色光入射到玻璃堆做光的垂直反射的實驗時，由于多次反射多次累加，Δλ最終變?yōu)檩^大的數(shù)值，有利于觀察，可以看到顏色發(fā)生了變化，看到本文的有關(guān)人員可以進行實驗.在光的斜反射情形，也會出現(xiàn)反射光的頻率降低，波長變長0.004 856nm，但若用玻璃堆做光的反射實驗，則由于多次反射，單色光變成另一種顏色會有明顯的效果.在光的折射情形，同樣可以思考到折射光的波長也變長，其原因也是入射光子與交界面處非入射光所在介質(zhì)的結(jié)構(gòu)粒子的原子的電子碰撞，導(dǎo)致光的折射.光的反射、折射遵循費馬原理.

波長變長可以用于制造特殊雷達——探測隱形飛機的雷達.下面再述這個問題.

4 費馬原理存在的原因

費馬原理中有一條是，光從空間一點到另一點是沿著光程為極小值的路徑傳播，如光的反射、折射便是如此.為什么光會沿光程極小值的路徑傳播呢？在原子物理中，有一個“最低能量原理”，所以只有光波走光程極小的情況，才能有所用的時間極小，因而光子行走在極小時間內(nèi)“能量沖量”（Et＝hνt）才能最小，光子總是傾向于“能量沖量”最小才能夠穩(wěn)定.光子的能量hν與溫度無關(guān)，不管環(huán)境溫度有多高，光子的能量始終為E＝hν.

5 發(fā)現(xiàn)隱形飛機的雷達

5.1 探測隱形飛機雷達的光學(xué)工作原理

根據(jù)Comptom效應(yīng)，X波段的電磁波向前傳播時，遇到物質(zhì)單質(zhì)時，向回反射的電磁波波長變長，如果用太赫茲波進行調(diào)制向前傳播的電磁波，被調(diào)制的電 磁 波 叫 做 載 波［2，3，4，6，7，12，13］，當(dāng) 向 前 傳 播 的載波遇到隱形飛機時，與隱形飛機碰撞，載波波長加長，同時調(diào)制的波長也加長.向前傳播的電磁波（被調(diào)制后的電磁波——載波與調(diào)制波）碰到隱形飛機時，Comptom效應(yīng)已告訴我們，是入射的電磁波光子與隱形飛機材料中的電子碰撞，電磁波失去能量，電子得到能量，電子在隱形飛機表面內(nèi)部加速運動，輻射的電磁波會被隱形飛機吸收（隱形飛機表面有一層材料，電磁波碰到這種材料會被吸收），但當(dāng)被加速的電子飛到飛機表面材料外部時，其加速運動輻射的電磁波必然有一部分會向雷達方向傳播，當(dāng)然也有向隱形飛機方向傳播的，但是，那部分向雷達方向傳播的電磁波會被雷達接收到，一旦接收到，便發(fā)現(xiàn)了隱形飛機.然而向雷達方向傳播的電磁波很微弱，為此，“隱形飛機的雷達”須加一個放大器，把這微弱的信號放大.隱形飛機一般做成薄片式，而不像一般戰(zhàn)機那樣，當(dāng)電磁波從薄的一側(cè)入射照向隱形飛機時，大部分電磁波會擦過去，只有側(cè)面那很小部分電磁波與飛機作用，這樣反向傳回到雷達的就很少.如果兩個方向接近垂直的電磁波照射隱形飛機，則會有一個正面照向隱形飛機，而且再向第三個方向加一個與前兩個方向兩兩垂直的電磁波（如在衛(wèi)星上加一個雷達），則不論隱形飛機怎樣飛行，3個雷達一定會捕捉到隱形飛機.如何判斷傳向“隱形飛機雷達”的電磁波是隱形飛機中的電子飛到外部而發(fā)射出的電磁波？一是入射波為調(diào)制后的波，它碰撞電子，電子也必然具有入射波的特點，即電子輻射電磁波具有調(diào)制的特點，二是電子輻射的電磁波與入射波無固定的相位關(guān)系，三是停止入射，接收立即停止，再次入射，又迅即收到，這說明前方有障礙物阻擋.因此，“隱形飛機雷達”在原理上是行得通的，至于能否制成實用的“隱形飛機雷達”，要靠中國科學(xué)院及各大學(xué)科研機構(gòu)的全力合作.我們應(yīng)爭取用10年的時間研制出隱形飛機雷達.現(xiàn)在研究探測隱形雷達制造的國家只有日本在開始之中，但未見到有關(guān)設(shè)計原理的報道，也許尚是機密，并不公開.

綜上所述，探測隱形飛機雷達的光學(xué)工作原理是光波入射到隱形飛機上時，被擊出到隱形飛機表面之外的電子會輻射電磁波，其中傳向雷達的被接收到，其中傳向隱形飛機的輻射被吸收，就是靠傳向雷達的那部分電磁波，從而發(fā)現(xiàn)了隱形飛機.

5.2 “隱形飛機雷達”與普通常規(guī)雷達的區(qū)別

常規(guī)雷達接到的電磁波與發(fā)射出去的波反相，因為發(fā)射出去的波入射到飛機上方產(chǎn)生半波損失，與發(fā)射出去的波正好反相，有固定的相位關(guān)系，但隱形飛機雷達接收到的電磁波與發(fā)射出去的波無固定的相位關(guān)系，“隱形飛機雷達”接收到的電磁波是電子隨機發(fā)射的電磁波.

5.3 研制探測隱形飛機雷達的國家

我們中國應(yīng)研制“隱形飛機雷達”，日本國已把發(fā)覺隱形飛機的雷達列入制造計劃.從目前來看還沒有見到其他國家開始研制探測隱形飛機雷達的報道，也沒有關(guān)于隱形飛機雷達的工作原理報道，本論文是一個首創(chuàng).

5.4 探測隱形飛機靈敏度的方法

為了提高該種新式雷達的電磁波傳播特性，可用X波段的電磁波，X波段的電磁波傳播特性好，衰減的少.例如美國已利用X波段的電磁波制成普通雷達，而且已把X波段的普通雷達用于預(yù)警布置在日本國.隱形飛機探測雷達完全可以應(yīng)用X波段的電磁波.

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