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激光是什么原理 中国死光a激光武器威力多大

2019/4/11 9:22:40 移动版

  我们先来了解下原子是如何发光的

  在原子当中,外层轨道运行的电子的能量比内层轨道的更大。而量子力学效应使电子只能出现在有空间间隔的轨道上,而不能出现在两个轨道层之间。注意,这里之所以说轨道层,是因为电子实际上并不是以环状的方式绕原子核旋转,而是随机出现在轨道层的某个位置上,我们并不能确定电子下一刻会出现在轨道层的什么地方,只能知道它出现在某个地方的概率(注意:电子在第二层以上的轨道层[能级]上的分布概率并不是均匀地,而是符合波函数)。

  上图:氢原子唯一的那个电子在不同能级上的概率分布。

  当电子从光(光子)或热(声子)吸收能量时,它接收了能量,动能增加,就不能呆在原来的电子层了。它会想出去“发泄”一下,于是就神秘地从原来的轨道层消失,然后突然出现在更高的轨道层上。但是在外层轨道上还是会“想家”的,于是那个电子“发泄”出一个光子之后,就又神秘地回到了原来的轨道层,老老实实地呆着了。因为电子这种“发泄”而产生的光辐射被称为“自发辐射”——这是导致原子光谱发射线和吸收线的原因。[头条小宇堂—未经许可严禁转载]

  但请注意,上面所说的“自发辐射”的光子的光波相位和方向都是随机的,因此,由许多同类原子构成的材料因为吸收了能量然后“自发发射”出光子会形成有一定光谱宽度限制的辐射(以某一个波长的光为中心)——也就是单色光。但这些光子并没有共同的相位关系并且辐射的方向是随机的。这是荧光和热辐射的根本机制。产生单色光的根本原因,是电子“发泄”(术语叫做“跃迁”)时,总是从特定的轨道调回到原来的轨道,所以发出的光线的波长都是基本一致的,这个波长就叫做此原子的特征波长,而这个波长对应的光波的频率叫做特征频率。

  总结一下就是:原子接受能量之后会向周围辐射出特征性的单色光。

  激光是由“受激辐射”产生的

  外部的电磁场(例如一束光)可以影响原子的量子学状态。

  当原子中的电子从低能级的电子层向高能级电子层跃迁的过程中,实际上电子会进入某种过渡状态,在这种情况下,电子从一个只有负电荷的电单级粒子变成某种“电偶极子”(同时具有正负两极),并且会响应于与其特征频率一致的外部电场(例如入射的光子),于是此这个还没有开始“发泄”电子被那“闯进来”的光子“带坏了”,变得跟这光子的某些特性一致(术语叫“谐振”),然后这电子还接收了入射光子的能量,迅速跃迁到位(比原来快得多),立即开始“发泄”。但跟以往不同,电子这次“发泄出来”的光子的方向和相位都跟入射的那个光子完全相同。结果大量相同的原子在同一束光的照射下都释放出与入射光方向完全一致的光子,汇聚成了一大束平行光——激光。

  由于需要持续不断地提供外来光束来激发原子发出激光,而且还需要增强最终获得的激光的强度。于是科学家们发明了“光学腔”这种设备巧妙地来产生激光。光学腔又叫“激光腔”或者“光学谐振腔”——就是置于两面对射的镜子之中的发光体(术语称为“增益介质”,因为发光管中通常装了能够发出单色光的物质,可以是气体,也可以是液体或者等离子体)。如此,被充电的“增益介质”不断地在自己产生的“激光”的照射下不断地产生新的激光,并且两面镜子将光线不断叠加增强,只要输入的电功率足够抵消激光在镜子间反射的消耗以及“增益介质”散射光的消耗,那么就可以向外输出激光了。

  总结一下,在外来与特征频率一致的光线的激发下,原子可以释放出与外来光线方向和相位一致的辐射,这叫做“受激辐射”。受激辐射产生的光子在“光学腔”中不断汇聚和增益,可以最终稳定地输出激光。

  上图:氦氖激光器——管中轴的粉橙色光芒是气体在通电情况下形成的等离子体产生的非相干光,跟霓虹灯管中的情形一样。这种发光的等离子体在受到外部光束激发的情况下,产生受激辐射(也就是激光),产生的激光在两个反射镜之间来回反射,不断增强,最后从中心小孔射出。可以看到最后输出的激光在右侧屏幕上产生一个微小的强光斑。

  上图:不同的“增益介质”可以产生不同颜色的单色激光

  总结一下

  上图:从左到右,受激辐射与自发辐射最大的不同就在于自发辐射的方向是随机的,而受激辐射的方向与外来的光子一致

  上图:从左至右——

  吸收

  自发辐射

  受激辐射

  激光武器是一种定向能武器,利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效。它是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、卫星和人员等目标的高技术新概念武器。强激光武器有着其它武器无可比拟的优点,强激光武器具有速度快、精度高、拦截距离远、火力转移迅速、不受外界电磁波干扰、持续战斗力强等优点。正因为如此,美、俄、英、德、法、以色列等许多西方国家都在积极发展强激光武器。激光武器经过三十多年的研究,已经日趋成熟并将在今后战场上发挥越来越重要的作用。

  目前中国的攻击激光雷达体积仍然十分庞大,达10吨,缺少强大的瞬时超强能源电池,容易受天气限制,空气中的微粒和水汽会严重干扰其能量和射程,只能陆基和海基。如何把攻击激光雷达装载于卫星,是我国目前正在全力研究攻关的目标,如果探月成功,如果我们的激光武器能量再提高一个数量级,会把攻击激光雷达装载于月球!

  中国研制成功的新一代激光武器是国际上最先进的激光武器之一,可有效对付频频闯入中国领空侦察的“曙光女神”号超高速战略侦察机;中国的电子干扰机,能使F-117隐形飞机的激光制导、红外导弹完全失灵。神奇的激光武器随着美国星战计划重新登台,中国也在1990年悄悄地把激光武器重新上马。

  中国在激光器的研究陆续进行了CO2激光(电激励、气动激励)、化学激光、自由电子激光和X射线激光等探索,其中CO2激光和化学器的输出功率达万瓦级以上,有广阔的开发前景。而在强光激光破坏研究方面,中国对激光的热和力学效应进行了广泛的实验研究和理论分析,取得了令人满意的成果,提高了对激光破坏目标的认识。

  1996年,中国新一代飞秒超强激光装置研制成功(中国工程物理研究院)。这标志着中国的强激光技术又踏上一个新台阶。这个设备是中国第一台用于超短超强激光研究的精密装置,专家认为它的研制成功为中国强场中的物质及行为研究开拓了道路,是国际上重大研究项目之一。

  激光武器具有攻击目标速度快、转换火力快、杀伤效率高等优点,势将成为资讯战时代的重武器。虽有国际法禁止使用低功率的激光致盲武器,但一些国家却秘密发展这种武器,其中又以美国表现露骨。

  中国对此亦有准备。1995年在第三届国际防务展览会上(IDEX95),中国展出的ZM-87激光器,有效作用距离3公里,加上一个放大器后更增至5公里,性能并不比美军的差。所以,中国有能力对付在中国海岸频频活动的美国“曙光女神”号超高速战略侦察机。

  【死光A】

  我国的"死光A"重型战略激光武器系统主要用于战时摧毁敌方的军用卫星及用于军事目的的敌"空间站"。二是用来摧毁敌方的地面固定发射井和机动核导弹及水下核潜艇。众所周知:激光一般都是沿直线发射的定向光速,不可能拐弯的,针对此一难题,我国的科研工作者早在20年前就已开始了此领域的预研工作,并用其研究成果成功制造出了现今国际上还是空白的,只有我国才有的激光卫星接力站或卫星反射站!该卫星接力站采用光线反射原理,将地面传来的高能量强激光接收并转瞬间射向已锁定了的敌方藏在海水下并快速机动的核潜艇。瞬间即可将敌核潜艇击穿气化。在研制过程中,我国科研工作者克服了因卫星接力及因天气因素造成的能量损失,成功的将其能量衰减控制在千分之一以下。

  试验结果证明:从发现锁定目标到摧毁击穿敌核潜艇,总计用了2.5秒,持续照射5.2秒后,潜艇才"层裂"溶化至气化(层裂-----就是当水下敌潜艇表面受到强激光速照射瞬间,其原子被电解,形成等离体"云","云"向外膨胀喷射形成应力波向深处传播,应力波的反射造成艇体大面积拉断,形成"层裂"性的破坏。其等离子体"云"进一步破坏艇体的结构和各种设备及电子电路元件,直至烧毁气化。这一过程时间极短。)一共才用了不到一分钟的时间!