探测隐形飞机雷达的一种光学工作原理设想

张守银

（山东荣信集团 山东 日照 276800）

蔡辉剑

（鹤壁职业技术学院 河南 鹤壁 458030）

1 实验

1923年，A.H.Compton从实验研究X射线的散射中发现［1，5，8，9，10，11，14］，当伦琴射线被物质散射时，散射光的波长比入射光的波长长.该实验的装置在有关光学书籍中可以查到.伦琴射线（即光波，不可见光波）入射到物质（如碳单质、石蜡等）上时，与物质的结构粒子（电子）碰撞，光子将损失能量，这在光学书籍的“康普顿效应”一节中已作了证明，而由E＝hν可知光子波的频率降低，波长将变大.

2 理论

光波不同于机械波，我们知道，机械纵波与物体碰撞的瞬间其波长变短，能量增加，频率升高.光波与物体碰撞时（如上面的Compton实验），其波形并不出现被压缩的情况，按直观想象，似乎其波形被压缩，但事实并非如此，这正是光波这种波为几率波的例证.德布罗意指有波粒二象性的物质波为几率波.

光波与物体（石墨、碳）碰撞其波长增加，在有关的光学书籍中可查到其论证过程.碰撞后光波波长λ′与碰撞前光波波长λ之差为其中m0为电子质量，c为光速，h为普朗克常量，θ为碰撞后光子的运动方向与原方向的夹角.

3 在光的反射中 反射光与入射光的频率不同 频率降低波长变长

A.H.Compton的实验，是X光子入射到物质单质（石墨）上，必然从表面开始，X光可进入石墨内部，在表面的石墨与在表面以里的石墨都可发生Compton效应.中国的吴有训用Si单质做实验发现也有Compton效应，有一种含Si的玻璃叫做硅玻璃，所以X光入射到硅玻璃上也有Compton效应.

一般地讲，凡是电磁波，如太赫兹电磁波、可见光波、X光波、γ射线，均可发生Compton效应，而上面4种波段的电磁波均可称作光子波，简称光波，或简称光.

由上式可以看出Δλ是一个很小的数值.通常用白光做光的反射实验，看不出波长（对应着颜色）对应的颜色发生变化，但若用单色光入射到玻璃堆做光的垂直反射的实验时，由于多次反射多次累加，Δλ最终变为较大的数值，有利于观察，可以看到颜色发生了变化，看到本文的有关人员可以进行实验.在光的斜反射情形，也会出现反射光的频率降低，波长变长0.004 856nm，但若用玻璃堆做光的反射实验，则由于多次反射，单色光变成另一种颜色会有明显的效果.在光的折射情形，同样可以思考到折射光的波长也变长，其原因也是入射光子与交界面处非入射光所在介质的结构粒子的原子的电子碰撞，导致光的折射.光的反射、折射遵循费马原理.

波长变长可以用于制造特殊雷达——探测隐形飞机的雷达.下面再述这个问题.

4 费马原理存在的原因

费马原理中有一条是，光从空间一点到另一点是沿着光程为极小值的路径传播，如光的反射、折射便是如此.为什么光会沿光程极小值的路径传播呢？在原子物理中，有一个“最低能量原理”，所以只有光波走光程极小的情况，才能有所用的时间极小，因而光子行走在极小时间内“能量冲量”（Et＝hνt）才能最小，光子总是倾向于“能量冲量”最小才能够稳定.光子的能量hν与温度无关，不管环境温度有多高，光子的能量始终为E＝hν.

5 发现隐形飞机的雷达

5.1 探测隐形飞机雷达的光学工作原理

根据Comptom效应，X波段的电磁波向前传播时，遇到物质单质时，向回反射的电磁波波长变长，如果用太赫兹波进行调制向前传播的电磁波，被调制的电 磁 波 叫 做 载 波［2，3，4，6，7，12，13］，当 向 前 传 播 的载波遇到隐形飞机时，与隐形飞机碰撞，载波波长加长，同时调制的波长也加长.向前传播的电磁波（被调制后的电磁波——载波与调制波）碰到隐形飞机时，Comptom效应已告诉我们，是入射的电磁波光子与隐形飞机材料中的电子碰撞，电磁波失去能量，电子得到能量，电子在隐形飞机表面内部加速运动，辐射的电磁波会被隐形飞机吸收（隐形飞机表面有一层材料，电磁波碰到这种材料会被吸收），但当被加速的电子飞到飞机表面材料外部时，其加速运动辐射的电磁波必然有一部分会向雷达方向传播，当然也有向隐形飞机方向传播的，但是，那部分向雷达方向传播的电磁波会被雷达接收到，一旦接收到，便发现了隐形飞机.然而向雷达方向传播的电磁波很微弱，为此，“隐形飞机的雷达”须加一个放大器，把这微弱的信号放大.隐形飞机一般做成薄片式，而不像一般战机那样，当电磁波从薄的一侧入射照向隐形飞机时，大部分电磁波会擦过去，只有侧面那很小部分电磁波与飞机作用，这样反向传回到雷达的就很少.如果两个方向接近垂直的电磁波照射隐形飞机，则会有一个正面照向隐形飞机，而且再向第三个方向加一个与前两个方向两两垂直的电磁波（如在卫星上加一个雷达），则不论隐形飞机怎样飞行，3个雷达一定会捕捉到隐形飞机.如何判断传向“隐形飞机雷达”的电磁波是隐形飞机中的电子飞到外部而发射出的电磁波？一是入射波为调制后的波，它碰撞电子，电子也必然具有入射波的特点，即电子辐射电磁波具有调制的特点，二是电子辐射的电磁波与入射波无固定的相位关系，三是停止入射，接收立即停止，再次入射，又迅即收到，这说明前方有障碍物阻挡.因此，“隐形飞机雷达”在原理上是行得通的，至于能否制成实用的“隐形飞机雷达”，要靠中国科学院及各大学科研机构的全力合作.我们应争取用10年的时间研制出隐形飞机雷达.现在研究探测隐形雷达制造的国家只有日本在开始之中，但未见到有关设计原理的报道，也许尚是机密，并不公开.

综上所述，探测隐形飞机雷达的光学工作原理是光波入射到隐形飞机上时，被击出到隐形飞机表面之外的电子会辐射电磁波，其中传向雷达的被接收到，其中传向隐形飞机的辐射被吸收，就是靠传向雷达的那部分电磁波，从而发现了隐形飞机.

5.2 “隐形飞机雷达”与普通常规雷达的区别

常规雷达接到的电磁波与发射出去的波反相，因为发射出去的波入射到飞机上方产生半波损失，与发射出去的波正好反相，有固定的相位关系，但隐形飞机雷达接收到的电磁波与发射出去的波无固定的相位关系，“隐形飞机雷达”接收到的电磁波是电子随机发射的电磁波.

5.3 研制探测隐形飞机雷达的国家

我们中国应研制“隐形飞机雷达”，日本国已把发觉隐形飞机的雷达列入制造计划.从目前来看还没有见到其他国家开始研制探测隐形飞机雷达的报道，也没有关于隐形飞机雷达的工作原理报道，本论文是一个首创.

5.4 探测隐形飞机灵敏度的方法

为了提高该种新式雷达的电磁波传播特性，可用X波段的电磁波，X波段的电磁波传播特性好，衰减的少.例如美国已利用X波段的电磁波制成普通雷达，而且已把X波段的普通雷达用于预警布置在日本国.隐形飞机探测雷达完全可以应用X波段的电磁波.

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