在晴朗的日子，一万二千米高处的天空中充满着尖锐的啸叫声。这就是电子大战的数据之争。飞机在这场大战中受到成千上万的雷达脉冲、通讯电波、干扰机、民用广播乃至来自宇宙空间的背景辐射信号的攻击。更为糟糕的是，这种电磁六混战扩展到整个微波辐射光谱：从大约500兆至18千兆。极为复杂的敌人雷达信号和激光寻的光束就是这样狡猾地隐蔽在这么令人吃惊的大范围的某些狭窄的间隙中。可是，究竟是在什么地方呢？这就像在新年除夕之夜要从热闹的时代广场的一边去倾听另一边的一枚硬币落地一样。

“在那个高空可其是充满灾难。”巴尔的摩威斯汀豪斯（Westinghouse）的高级技术部的一位研究工程师欧文 · J · 阿卜拉莫威茨（Irwin J. Abramovitz）说。“几分之几秒的瞬间就能决定生死存亡。只要能处理那种复杂的环境，而且速度又很快，这就很了不起。”

在这样的复杂条件下，即使是最高级的数字电子处理机也绝对无法奏效。可即使稍有迟误，便意味着末日来临。“随着远距雷达和仪表制导的导弹的出现，才有可能进行这些空中战斗，敌对的双方远在相见之前，就决定雌雄了。”兰德研究评论（Band Research Review）最近声称。

正是由于这种原因，才促使美国国防部，尤其是美国空军，正在致力于一项称之为声 - 光学的超高速技术，以在进入第二十一世纪时装备采用这种技术的雷达和对空监视系统。

到现在为止，尽管有些声 - 光学器件已经在某些有选择的电子智能用途中施展了才能，但声 - 光学器件仍然处在发展阶段。不过，美国空军为提高作战能力的新的长期计划，工程预报第二号，提供服务，“以在凡是可行的地方，都采用光学器件取代声学器件，即，制造一些采用光子代替电子来检测、计算、处理及传送信号”的系统。这需要集光学纤维、光学材料、光学传感器及光学杀伤机构之大成，再加上在光学发展中的大量投资。

同时，声 - 光技术正在向着无数民用用途发展，从环境监测到医学研究、空间遥测及国内通讯等等。

弯曲光束

顾名思义，声 - 光学是巧妙地利用基本的物理学原理把声波和光束相结合。

任何能够进行计算或处理信息的系统都必须具有一种有选择地控制数据，再读出结果的方式。举例说，就算盘而言，其方式是在一根铁丝上拨动算珠。在一块集成电路芯片上，是利用一只小型晶体积的开通和闭合某一开关、让电荷利用某种或其它种种路线活动而完成的。声 - 光系统则采用了一种称之为“折射”的光学原理。

只要是当光从一种介质（例如空气）进入另一种介质（玻璃、水等）的时候，其速度都将发生改变，它便按照某个角度弯曲，即折射。它的弯曲大小取决于第二种介质的“折射系数”，它常常是因密度而异的。

几十年来，科学家们便已经知道，让声波在某种晶体中传播会以一些很有趣的方式改变其密度，并且在这一点上能造成密度改变的压缩和膨胀。如果通过某一晶体的单条光束与某一声波发生谐振，这就出来两条光束：一系是沿着这种材料的正常反射通路；另一条便是按着与声波的大小和频率成正比的角度传播。

因而可以用这样的方法测量弯度的大小：在该晶体之后放上一排光电池，当被光照射时，便能产生一个电脉冲。一条偏转的光束将按照晶体块中遇到的每个声音频率来照射这排电池中的各不同部分，这就是布喇格（Bragg）电池。

但是，这种短命的技术在于缺少一个可以靠得住的电源，因此，兴趣便转向了数字处理技术。但是，随着小型、价廉的激光二极管的问世（在某种程度上要归功于使用激光器读出密纹盘表面数据的密纹盘的兴起）以及现代电子战对巨大信号密度的需求，声 - 光器件现在已经变得很实用了。

寂静的声音

最为理想的是，因为它们是唯一适合于最为令人头痛的现代战争难题之一：发展中的尖端雷达技术。

敌人发射只有一个频率的一条雷达波束的时代一去不复返了。现在，敌方的跟踪系统可以使用各种形式的所谓“低概率拦截”（low-probability-of-intercept） 法。它可以让信号跳过许多明显无关的频率。即，它可以用展宽频谱法，将信号编码，使其分解成为许多的低密度脉冲，同时在一个很宽的频率范围内展开。最好是每个脉冲都有比通常的噪声标准更低的密度，使其极难探测。

“这是一种猫捉老鼠的游戏。”阿卜拉莫威茨说。“你将带宽弄得越宽，我们得到的噪声可能就越大，因而我们就可以传输更多的能量，而且仍然处于隐蔽状态。在这种情况下，我的数字器件就不好了。我不能使它们快速地运行。电子必须沿着导线流动，导线越细，电阻越大。因而，你就要遇到电容（被储存的能阻止电流流动的电荷）。但是，利用光，我们可以在空气中或真空中发送，并且非常快速地进行切换，在百分之几秒的时间内迅速探测一个很宽阔的频率范围。”

声国加里福尼亚州圣 · 乔斯的里顿工业应用技术实验室（Litton Industries' Applied Technology Laboratory in San Jose）的声 - 光学主任I · C · 张（I. C. Chang）说，更有意义的是，常规的数字系统“常常采用滤光器组将不同的频率分开。这就是使用分离箱，以防止通道之间的干扰。”因而，这就增加了重量和复杂性。这样，15立方时左右的声 - 光分析仪就能处理数量巨大的频率。张说，里顿的最新成果能够覆盖最多达3千兆赫的高频。所以，只要六个就能将整个微波频率展宽。

科学家们已经设计出各种声 - 光器件以迎接敌方的种种挑战。如果有架飞机被敌人的截频雷达追踪，就可以使用一台光谱分析仪来改变航向，这台分析仪能够同时在很宽的频带上检查进入的信号。当各种电磁波撞击飞机的时候，天线使将它们送入声 - 光箱的通道中去，每个到达那里的信号便被换能器转换成一个声波，并使晶体振动。（换能器将能量从一种形式变成另一种形式。例如，麦克风就是将说话的声波转变为电信号；而扬声器的功能则相反。）

他说，即使雷达信号是互相重叠合成的三个频率组成的，就像是三重唱那样，从晶体中出来的光将按不同角度偏转为三条分开的光束，每条光束的密度将反映出基本频率对总信号的影响。一旦识别出敌方雷达，飞行员就可以采取各种规避措施，即隐蔽技术，诸如干扰，或抛撒锡箔片，形成能够反射雷达波的锡箔片云。

采取的另一种方法，是用声 - 光系统作为一台反射器，将两个抵达信号的强度和抵达时间相比较。一个信号送到一台换能器，使晶体发声振动；用另一台改变激光器光的强度。每种都对另一种进行修正，结果，光束显示出相互间的不同。

可用一台相关器，采用比较信号的方法来战胜频谱展宽雷达，一直到发现有关的信号为止。因此，这一程序将使信号内容衰减，而保持噪声不被衰减。阿卜拉莫威茨说：“您要设法进行一项比较，询问：‘有智能的能量吗？有具有某种模型的能量吗？’就像对于噪声那样。”结果模型是敌方正在用于分割和将其传输隐蔽起来的代码。“一旦人们知道这些代码，目标飞机就可以使自己同发射机同步。”

（了解各种波的抵达时间之差还有其它用途，包括能够用三角测量法求出与发射机的距离。）

另一种形式的声 - 光器件叫做可调滤光器。即，事实上，这是“一个反布喇格电池。”里顿的张就这么说，他在1977年发明了一个可调滤光器。在这个器件里，晶体中的声波不受进入的无线电频率信号调制，而是由预调指令调到一个理想值。不采用固定激光器光源，该系统控制着从外部进入的光。这种设计允许该器件追逐某一规定的彩色或频率——例如导弹或其它飞机的目标系统采用的激光器光的频率。

漏斗末端的光

许多声 - 光高速处理能力同样可以在民用领域具有重要的用途。举例说，声 - 光可调滤光器在军事上很有价值，如能够来来回回在正常和红外景象之间转换，可以用来控制释放到环境中的元素。

在阿克隆的古德耶尔工厂（Goodyear plant in Akron）试验过的一个项目是用以监控排放放射物的堆式气体分析仪。其原理是：每种气体都能释放出与其它化学成分有关的特性光带。声 - 光可调滤光器，在气体正在从工厂的烟囱排出时，可以用来检验气体发出的光，并可以连续地监控废气的成分。

因此、匹兹堡的威斯汀豪斯的研究发展中心（Westinghouse's R&D Center in Pittsburgh）的一位顾问科学家米尔顿 · 高特利（Milton Gottlieb）说：“分析废品，我们可以测定燃烧效率。”我们也可以确定正在排放的有毒气体是否过量。不管如何，都可以用于自控回路：“将分析仪与一条在线计算机相连，刚好将其送回燃烧过程。不需要操作人员。”高特利说。

“调谐”声 - 光处理器以控制只属于某种物质的彩色光谱，该装置便成为一种可选择的扫描器，只能发射包含理想色彩的这部分景象。高特利说，按这种形式，将在未来的火星探测器中使用，以确定该星球上有何种矿物，其方法就是读出火星表面反射的光，再有，声 - 光的高速处理能力是一个很重要的优点，因为可以让探测车辆快速穿越火星表面。

高特利说，在医学研究中，可以在荧光光谱中使用声 - 光传感器，观察“活细胞的活动”。在加尼基 - 麦伦大学（Carnegie-Mellon University），科学家们正在给一些分子打上荧光标志，再将其导入细胞。当分子暴露于波长短的成中时，它们便按照某种频率发光。这时可以用一种声 - 光装置寻找这种光，让研究人员能够“看到这些分子到底在细胞的什么地方，在整个时间它们都起什么作用。”高特利说。这种技术在艾滋病的研究中能否有雨，张持怀疑态度。

最后，因为通讯线路正在逐渐采用纤维光学技术，声 - 光技术就可以采用新的方法发送机密的加密信息，正像军用的声 - 光电池能够探测译解敌方截频雷达的信号一样，经过改进的声 - 光可调滤光器可以进行相反的工作：将信息分解成若干部分，每一部分都按不同的光频传输。“这种分散频谱的思想，还未曾应用于光。您可以防窃听，防干扰。”威斯汀豪斯的匹兹堡研究发展中心的安娜斯塔休斯 · P · 高初里斯（Anastasios P. Goutzoulis）说。

奇怪的是，声 - 光系统的主要发展困难却是数字电子学：芯片和逻辑电路。要用这些设施对声 - 光信息进行“后处理”。用它们来研究和控制声 - 光数据，以抽出关于信号宽度、频率和方向等的规定细节，将结果转变为荧光屏的显示、报警信息等。

部分困难在于声 - 光处理的速度极快，数据量极多。因为该系统主要是以光速进行工作，它能在每秒钟进行数万亿次的工作——远远超越常规数字硬件的能力。

再有，这种常规的电子电路易受核爆炸电磁脉冲的破坏：当一个磁场与金属线交叉时，就感生电流；而且，当核弹头的巨大冲击撞击一个芯片的小小电路（有些窄得仅有1微米——1米的百万分之一，即大约1根人发粗细的百分之一）时，结果就会使硅片变成毫无用处的废铜烂铁，使飞机变成瞎子。

因此，空军热心于在未来采用非电子的技术。“光子学有可能使我们关于战略、战术和空间大战的思想发生重大变革。”工程预报第二号的负责人总结道，“消除电子战威胁的可能性将是非常激动人心的。”

[The Washington Post，1988年10月2日]