實(shí)驗(yàn)簡介：

激光武器是未來戰(zhàn)爭的顛覆性武器，是我國國防發(fā)展的重點(diǎn)方向。激光武器采用高能激光對遠(yuǎn)距離的目標(biāo)進(jìn)行精確射擊，具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優(yōu)異性能，在光電對抗、防空和戰(zhàn)略防御中可發(fā)揮獨(dú)特作用。培養(yǎng)激光武器系統(tǒng)方面的專業(yè)人才是國家國防建設(shè)的迫切需要，也是南京理工大學(xué)的責(zé)任和使命。南京理工大學(xué)的光學(xué)工程學(xué)科是國家重點(diǎn)學(xué)科，2015年，學(xué)校依托光學(xué)工程系組建先進(jìn)固體激光工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從事高能激光武器的教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)工作。

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目利用教師團(tuán)隊(duì)在高能激光武器系統(tǒng)教學(xué)和科研方面的長期的積累和前沿技術(shù)，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)資源，通過虛擬仿真現(xiàn)實(shí)技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)激光器原理以及激光武器系統(tǒng)的相關(guān)知識，通過虛擬仿真的手段讓學(xué)生觀察到激光毀傷目標(biāo)的完整過程，觀察、測量到系統(tǒng)參數(shù)對激光發(fā)射系統(tǒng)毀傷目標(biāo)的影響。

實(shí)驗(yàn)背景：

在光學(xué)工程本科專業(yè)的教學(xué)中，激光武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、激光毀傷效能評估是南京理工大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)的核心教學(xué)內(nèi)容，《激光原理與應(yīng)用》是專業(yè)的骨干課程，其中高能激光器、高能激光發(fā)射系統(tǒng)、高能激光傳輸及毀傷，涉及的理論知識點(diǎn)多、技術(shù)復(fù)雜，學(xué)生理解起來難度大。

教學(xué)過程中，高能激光武器系統(tǒng)以及相關(guān)的高能激光器、激光發(fā)射、激光傳輸與毀傷等內(nèi)容無法開設(shè)實(shí)體實(shí)驗(yàn)，不僅因?yàn)榇鷥r(jià)太大，還涉及到難以解決的安全、保密、實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀測等問題。傳統(tǒng)上這部分教學(xué)內(nèi)容多以理論授課為主，教學(xué)效率低、學(xué)生體驗(yàn)差。

設(shè)計(jì)原則：

a)采用“情景模擬”的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)融入情景中。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將高能激光武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)放置于三個實(shí)際情景中（激光掃雷、反無人機(jī)、反導(dǎo)彈），并通過毀傷目標(biāo)這一實(shí)驗(yàn)任務(wù)驅(qū)動學(xué)生去探究并完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)將課堂上所學(xué)的理論知識與具體工程任務(wù)相聯(lián)系，并利用軟件來仿真實(shí)驗(yàn)場景，使得學(xué)生們能夠快速掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)內(nèi)容。

b)采用“隨機(jī)出題”的互動式教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)的趣味性和互動性。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用了“隨機(jī)出題”的設(shè)計(jì)原則，即不同學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，或?qū)W生多次開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)的毀傷目標(biāo)及部分參數(shù)隨機(jī)給定，提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的互動性和趣味性，也避免了抄襲答案的現(xiàn)象發(fā)生。

c)采用“線下線上相結(jié)合”的混合式教學(xué)，在線下通過學(xué)習(xí)到的知識進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，在線上觀察所設(shè)計(jì)激光武器對目標(biāo)的毀傷效果。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過采用“線下線上相結(jié)合”的混合式教學(xué)，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，也增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

a)幫助學(xué)生掌握激光器的組成、工作原理，通過實(shí)際案例使學(xué)生深入觀察高能激光武器系統(tǒng)對不同目標(biāo)的毀傷，理解高能激光的產(chǎn)生、發(fā)射、傳輸及毀傷的機(jī)理；

b)幫助學(xué)生熟悉高斯光束的空間傳播，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)高能激光發(fā)射系統(tǒng)主要系統(tǒng)參數(shù)，并觀察、計(jì)算發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)對激光毀傷目標(biāo)的影響，理解激光發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)約束；

c)幫助學(xué)生理解光纖激光器的組成及工作原理，掌握激光器輸出功率、泵浦轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)泵浦、增益光纖以及諧振腔參數(shù)，并觀察上述參數(shù)對激光器輸出特性的影響，進(jìn)一步理解光纖激光器的作用機(jī)理；

d)幫助學(xué)生理解高能激光武器系統(tǒng)參數(shù)對毀傷的影響，通過多參數(shù)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高學(xué)生在高能激光武器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方面解決復(fù)雜問題的能力。

實(shí)驗(yàn)要求：

高能激光武器虛擬仿真教學(xué)軟件；

學(xué)生和教師用電腦：帶有獨(dú)立顯卡的筆記本或臺式電腦；

互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)設(shè)參數(shù)包括：

環(huán)境參數(shù)設(shè)置：激光在大氣中的透過率；

目標(biāo)參數(shù)設(shè)置：目標(biāo)處距離；

近距離武器發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：激光模塊出射功率和波長、光纖纖芯半徑和數(shù)值孔徑；

中距離武器發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：激光子模塊出射激光功率、波長和線寬、衍射光柵周期、發(fā)射系統(tǒng)主鏡和次鏡焦距；

遠(yuǎn)距離武器發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：激光子模塊出射激光功率、波長和光束質(zhì)量因子M2、發(fā)射系統(tǒng)次鏡焦距；

近距離武器激光模塊參數(shù)設(shè)置：YDF長度、泵浦吸收系數(shù)、OC反射率；

中距離武器激光模塊參數(shù)設(shè)置：泵浦吸收系數(shù)、泵浦功率；

遠(yuǎn)距離武器激光模塊參數(shù)設(shè)置：泵浦吸收系數(shù)、泵浦功率、信號光輸出功率；