早在激光问世不久的20世纪60年代,人们就发现了光辐射对放电的效应(Keldish,1965,Vadimirov,1968)。此后许多研究小组做了一系列激光引发放电的实验(Koopman,1971,1973;Parvenov,1976;Greig,1978)。这些实验表明激光不仅有较强的引导放电的效应,同时,可降低间隙的临界放电电压。也差不多在这一时期,Newman等人(1967)成功地进行了首次火箭引雷试验。在这样的历史背景下,Ball(1974)最早提出激光引雷这一概念。可是在他当时的论文中,他既没有谈到具体怎么引雷,也没有谈到激光引雷的可行性。1978年美国空军的一个研究小组使用一大型CO2激光器进行了首次激光触发雷电试验,结果以失败而告终。之后相当一段时间再没有人提激光引雷之事。到了20世纪80年代末期至90年代初期,日本几个大的电力公司认识到日本冬季雷对输电系统所造成危害的严重性,投入了大量的人力及物力进行日本冬季雷的研究及防护。这个时期,日本科学家重新提出激光引雷,有十几个研究小组从事激光引雷的研究(Aihara等,1992;Kawasaki等1990;Shindo等,1993;Nakamra等,1993;Honda,1993)。当时的研究主要还是限于用激光触发室内长间隙放电能及研究激光产生的等离子体通道的特性。后来中国的王道洪等人提出利用铁塔尖端附近的强电场进行激光引雷,从而使激光引雷变得很现实(Wang等,1994a,b,1995a,b)。图8-1是王道洪等人提出的激光引雷示意图。在雷暴云电场环境下,由于静电感应作用,塔顶附近可望存在强电场,此时将激光聚焦于塔顶附近的上空时,激光可在此区域触发一上行先导。根据王道洪与郭昌明提出的先导持续发展的条件(Wang等,1989),该上行先导将在上述强电场区域转变成持续上行先导,从而最终触发闪电。
鉴于激光的快速反应能力,王道洪等人同时也提出了如图8-2所示的用激光防护以下行先导开始的自然雷电的方案(Wang等,1995b)。在探测到下行梯级先导时,用激光在塔顶附近触发上行先导。通过上行先导与下行先导的相互吸引作用,将下行梯级先导引至铁塔,从而将雷电击到预先设置的安全地点。