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激光器為什么還分氣體液體固體?

來源:環保設備     添加時間:2022-12-10 03:40:24

激光器為什么還分氣體液體固體?

激光器的種類很多,可分為固體、氣體、液體、半導體和染料等幾種類型:

( 1 )固體激光器一般小而堅固,脈沖輻射功率較高,應用范圍較廣泛。如:Nd:YAG激光器。Nd(釹)是一種稀土族元素,YAG代表釔鋁石榴石,晶體結構與紅寶石相似。

( 2 )半導體激光器體積小、重量輕、壽命長、結構簡單,特別適于在飛機、軍艦、車輛和宇宙飛船上使用。半導體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長,能將電能直接轉換為激光能,所以發展迅速。

( 3 )氣體激光器以氣體為工作物質,單色性和相干性較好,激光波長可達數千種,應用廣泛。氣體激光器結構簡單、造價低廉、操作方便。在工農業、醫學、精密測量、全息技術等方面應用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學能、光能、核能等多種激勵方式。

( 4 )以液體染料為工作物質的染料激光器于 1966 年問世,廣泛應用于各種科學研究領域?,F在已發現的能產生激光的染料,大約在 500 種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機塑料中以固態出現,或升華為蒸汽,以氣態形式出現。所以染料激光器也稱為 “ 液體激光器 ” 。染料激光器的突出特點是波長連續可調。燃料激光器種類繁多,價格低廉,效率高,輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美,應用于分光光譜、光化學、醫療和農業。

( 5 )紅外激光器已有多種類型,應用范圍廣泛,它是一種新型的紅外輻射源,特點是輻射強度高、單色性好、相干性好、方向性強。

( 6 ) X 射線激光器在科研和軍事上有重要價值,應用于激光反導彈武器中具有優勢;生物學家用 X 射線激光能夠研究活組織中的分子結構或詳細了解細胞機能 ; 用 X 射線激光拍攝分子結構的照片 , 所得到的生物分子像的對比度很高。

( 7 )化學激光器有些化學反應產生足夠多的高能原子,就可以釋放出大能量,可用來產生激光作用。

( 8 )自由電子激光器這類激光器比其他類型更適于產生很大功率的輻射。它的工作機制與眾不同,它從加速器中獲得幾千萬伏高能調整電子束,經周期磁場,形成不同能態的能級,產生受激輻射。( 9 )準分子激光器、光纖導波激光器等

激光器的一個重要組成部分是增益介質,在里面通過發生手機輻射,再經過諧振腔的來回振蕩形成激光并通過一個出射口發射出來。而可作為增益介質的物質很多,有氣體的,固體的,液體的,從而有這些氣液固之分。

根據發光物質不同而定的,比如說有用YAG 材料做的激光棒 用氙氣燈照射是YAG棒發出激光,有的利用二氧化碳做為激光管 加高壓使其產生激光 我就是做激光器的

激光武器是怎么工作的,它原理是什么?

激光武器(Laser Weapon)是用高能的激光對遠距離的目標進行精確射擊或用于防御導彈等的武器,也稱為戰術高能激光武器(THEL)。具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優異性能,在光電對抗、防空和戰略防御中可發揮獨特作用。激光武器的缺點是不能全天候作戰,受限于大霧、大雪、大雨,且激光發射系統屬精密光學系統,也受大氣影響嚴重,如大氣對能量的吸收、大氣擾動引起的能量衰減、熱暈效應、湍流以及光束抖動引起的衰減等。

由于激光武器需要大量的電能,在能量儲存設備難微型化(如高能電池)的問題解決前,比較難實現大規模應用。

激光武器(Laser Weapon)是用高能的激光對遠距離的目標進行精確射擊或用于防御導彈等的武器,也稱為戰術高能激光武器(THEL)。具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優異性能,在光電對抗、防空和戰略防御中可發揮獨特作用。激光武器的缺點是不能全天候作戰,受限于大霧、大雪、大雨,且激光發射系統屬精密光學系統,也受大氣影響嚴重,如大氣對能量的吸收、大氣擾動引起的能量衰減、熱暈效應、湍流以及光束抖動引起的衰減等。

由于激光武器需要大量的電能,在能量儲存設備難微型化(如高能電池)的問題解決前,比較難實現大規模應用。

激光武器VS傳統武器!作用原理是什么?揭開激光武器的神秘面紗

激光武器

激光武器是一種利用沿一定方向發射的激光束攻擊目標的定向能武器,具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優異性能,在光電對抗、防空和戰略防御中可發揮獨特作用。它分為戰術激光武器和戰略激光武器兩種。它將是一種常規威懾力量。

戰術激光武器的突出優點是反應時間短,可攔擊突然發現的低空目標。用激光攔擊多目標時,能迅速變換射擊對象,靈活地對付多個目標。

激光武器的缺點是不能全天候作戰,受限于大霧、大雪、大雨,且激光發射系統屬精密光學系統,在戰場上的生存能力有待考驗。

陸軍的快速發射高炮的炮管壽命短,連續發射幾分鐘后就要更換,而激光武器不存在多次發射的壽命問題??梢灶A計,未來在目前彈炮結合防空武器系統的基礎上,將出現將新型防空導彈。高炮和激光武器三結合的對空防御系統。其中,激光武器主要攔截從低空、超低空突然來襲的近距離目標,這有可能大大提高對精確武器的攔截溉率,解決當前存在的極近程防空問題,并可用于保衛重要目標,如重要機構、指揮中心、通訊和動力中樞等。目前研制的激光武器的體積一段較大,重量較重,所以各國首先考慮艦載應用。目前,發達國家的大型水面艦只已開始采用核能作為動力,中型水面艦只的電動化改進也已進入實質階段,這都為激光武器在艦艇上的應用鋪平了道路。

鑒于激光武器的重要作用和地位,美、俄、以色列和其他一些發達國家都投入了巨額資金,制定了宏大計劃,組織了龐大的科技隊伍,開發激光武器。至90年代初,僅美國政府對激光武器的研究投資就達90億美元。80年代中后期,蘇聯和英國的軍艦或陸上已有實驗性戰術激光武器裝備,美、法、德等國也作了大量試驗。戰略激光武器研究費用高,技術難度大,其前景還有待觀察。

激光武器的效費比是比較高的。在防空武器方面,當前主體是導彈,激光武器與之相比消耗費用要便宜得多。例如,一枚“愛國者”導彈要60-70萬美元,一枚短程“毒刺”式導彈要2萬美元,而激光發射一次僅需數千美元,今后隨著技術的發展,激光發射一次的費用可降至數百美元。

去年6月6日,美國軍方在新墨西哥州南部的懷特桑茲導彈試驗場首次進行戰術高能武器試驗,成功摧毀了一枚飛行中的喀秋莎火箭。美軍方官員稱,這是世界上第一種以激光為基礎的反導系統。美軍方還將于近期進行該武器擊落多枚“來襲導彈”的試驗。該系統由美加利福尼亞州的承包商湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司專門為美國陸軍和以色列設計制造,開發費用高達2億美元。該系統尤其適合部署在人口稠密的地方,而且成本十分低廉,據估算,每攔截一枚導彈只需約3000美元。美國防部目前正在考慮研制一種機動性能更強、打擊范圍更廣、主要針對彈道導彈的激光攔截技術。

激光武器

1975年10月18日,美國北美防空司令部一片混亂。事情是從一個報警電話開始的。

“哈羅,我是控制中心的監測員。我們在印度洋上空的647預警衛星的在外探測器,受到來自蘇聯西部的強紅外閃光的干擾,不能正常工作?!?/p>

這是怎么回事?

最初,人們從自然原因分析,認為可能是流星群的強光干擾,或者,是蘇聯的天然氣管道破裂失火,形成強光。

“這不可能?!北泵婪揽账玖畈康母呒墔⒅\反駁說,“我們的衛星是濾光鏡,它對自然光不敏感。流星群每月都有,衛星從來不受干擾……”

“據估計,這次神秘的閃光,比洲際導彈發射的光強要大1000倍。天然氣管道失火絕不可能有如此強光發射……”另一個參謀說。

“也許是前蘇聯研制出了新的激光武器?!币晃卉姽僬f出了大家最擔心的一句話。

“天哪,但愿不是這樣?!庇腥撕暗?。

這場風波尚未平息,一個月后,即1975年11月17日、18日兩天,美國空軍的兩顆數據中繼衛星,由于受來自蘇聯的紅外干擾,又停止了工作。據檢查,是紅外姿態控制儀失靈。

很快,“蘇聯激光武器攻擊并破壞了美國衛星”的消息,像一場臺風,席卷了整個美國,在全世界也引起了強烈震動。

美國官方想穩定一下國內的慌亂表緒。國防部長拉姆斯菲爾德召開記者招待會,宣布說:“我看到了報紙的報道,關于激光武器的使用,經調查,沒有情報能夠證實?!?/p>

但紙包不住火。幾句安慰的話絲毫沒有平息輿論的壓力。1980年5月22日,美國負責公共事務的助理國防部長兼五角大樓發言人托馬斯·羅斯,在新聞發布會上說:

“中央情報局和其他情報部門業已查明,蘇聯正在研制一種能夠摧毀衛星的激光武器系統?!彼又终f:“但是,這項研究在美國也在進行著。前蘇聯在達到的功率方面也許稍稍領先?!?/p>

我國古代傳說中就有“用光殺人”的記載?!斗馍裱萘x》中有“哼”“哈”二將,可從鼻中噴出光來,使敵人喪命??茖W幻想中也早有“魔光”、“死光”之說。但只有到1960年出現激光后,這些幻想才變成了現實。

激光具有單色性,基譜線寬度很窄。普通光源中氪燈的譜線寬度為千分之五埃 (一埃是一億分之一厘米),算最窄的了,但氦氖激光器產生的激光譜線寬度只有千萬分之一埃。就是說,激光的單色性比氪燈提高了幾十萬倍。

激光能夠向一個方向輻射,散開角度只有幾分,甚至小到一秒。激光的高方向性使它在軍事上很受重視。

高度集束的激光,能量也非常集中。舉例說,在日常生活中我們認為太陽是非常亮的,但一臺巨脈沖紅寶石激光器發出的激光卻比太陽還亮200億倍。當然,激光比太陽還亮,并不是因為它的總能量比太陽還大,而是由于它的能量非常集中。例如,紅寶石激光器發出的激光射束,能穿透一張1/3厘米厚的鋼板,但總能量卻不足以煮熟一個雞蛋。

激光作為武器,有很多獨特的優點。首先,它可以用光速飛行,每秒30萬公里,任何武器都沒有這樣高的速度。它一旦瞄準,幾乎不要什么時間就立刻擊中目標,用不著考慮提前量。另外,它可以在極小的面積上、在極短的時間里集中超過核武器100萬倍的能量,還能很靈活地改變方向,沒有任何發射性污染。

激光武器分為三類:一是致盲型。前面我們講過的機載致盲武器,就屬于這一類。二是近距離戰術型,可用來擊落導彈和飛機。1978年美國進行的用激光打陶式反坦克導彈的試驗,就是用的這類武器。三是遠距離戰略型。這類的研制困難最大,但一旦成功,作用也最大,它可以反衛星、反洲際彈道導彈,成為最先進的防御武器。

激光怎樣擊毀目標呢?科學家們認為有兩個方面:一是穿孔,二是層裂。所謂穿孔,就是高功率密度的激光束使靶材表面急劇熔化,進而汽化蒸發,汽化物質向外噴射,反沖力形成沖擊波,在靶材上穿一個孔。所謂層裂,就是靶材表面吸收激光能量后,原子被電離,形成等離體“云”?!霸啤毕蛲馀蛎泧娚湫纬蓱Σㄏ蛏钐巶鞑?。應力波的反射造成靶材被拉斷,形成“層裂”破壞。除此以外,等離子體“云”還能輻射紫外線或X光,破壞目標結構和電子元件。

激光武器作用的面積很小,但破壞在目標的關鍵部位上,可造成目標的毀滅性破壞。這和驚天動地的核武器相比,完全是兩種風格。

粒子束武器

所謂粒子束武器,是將電子、質子或離子等粒子,利用粒子加速器加速到光速的0.6~0.7倍,然后發射出去。當粒子在前進方向上遇到障礙物時,粒子所帶有巨大的動能就傳輸到障礙物上,使其毀壞。它能夠穿過云霧,又不怕反射,這使它比激光武器略勝一籌。人們估計,用它對付帶有核彈的洲際導彈,是很有效的。

但是,要制造粒子束武器,卻是一項極其困難的任務。這里至少要“過五關”。

第一是能源要強。根據計算,要把導彈彈體擊穿,需要粒子束武器的能源產生能量3千萬焦耳、脈沖寬度百萬分之一秒的脈沖電流。這個功率是非常大的,它相當于15000個發電量為200萬千瓦的發電站的總功率。目前,能夠產生這樣大功率的只有核爆炸。

第二是加速器要好。目前的加速器要得到高能量,流強就要變弱;要得到高流強,能量就要減小??傊荒芗骖?。粒子束武器要求加速器能量高,流強大,這就很難研制出來。

第三是粒子束的瞄準跟蹤。導彈在千里之外,張角極小,運動又快,粒子束是一細束,要打中目標,需要有精度極高的指揮控制系統。

第四是傳輸問題。粒子束在空氣中傳輸時能夠形成一條高溫電離空氣“通道”,從而減弱帶電粒子的能量損失。但在外層空間,由于地磁場的影響,將使粒子束劇烈偏轉;由于自身電荷的排斥力,粒子束發散很厲害。有人提出用中性粒子束作武器,因為中性粒子不帶電,所以不存在因電荷排斥產生的發散問題,也不會受到地磁場的影響。但中性粒子在加速器中無法加速,這里還需要做許多工作。

第五是要搞清楚粒子束是怎樣破壞目標的。要搞清破壞機理,分析影響破壞效果的因素,提出粒子束武器的技術指標。

正因為技術上難度太大,美國才中斷了“蹺蹺板計劃”。

到了1978年,形勢發生了變化。來自蘇聯的越來越多的情報證明,蘇聯確實正在執行一個龐大的發展粒子束武器的計劃。估計它已耗資30億美元,有大約2000名第一流學者的350個實驗室正在進行與此有關的研究??磥?,美國顯然落后了!

面臨如此尖銳的挑戰,美國的態度由懷疑觀望變為急起直追。1978年底,國防部成立定向能束技術局,將三軍的研究力量集中起來,制訂了五年計劃。主管這個局的國防部次長幫辦戴維斯博士充滿信心地說:“粒子束技術是第二次世界大戰以來武器的一項根本變革。它會導致一場轟動,也會使美國戰略發生根本變化?!?/p>

電磁炮

自古以來,戰場上總是炮火轟鳴,硝煙彌漫。作為火器的槍和炮,其發射動力都是火藥,因而,在發射過程中,不可避免地要有火藥的燃燒和爆炸。而電磁炮則不同,它依靠電磁力把彈丸發射出去。你只聽到彈丸發射和飛行的嘯鳴聲,戰場上很干凈。戰士們發射電磁炮,簡直像坐在試驗室里操作儀器……

1937年的一天,美國普林斯頓大學教授諾思厄普在試驗室中布置了一個實驗。他用兩根銅棒在桌上作成道軌的模樣,然后將電源的正負兩極和道軌連接起來。他把一切布置停當,就拿起一塊鐵塊,向“道軌”上放去。

怪事出現了:鐵塊剛接觸道軌,立刻受到一種神秘的推力,沿著道軌飛跑起來,越“跑”越快,最后順著道軌另一端飛射出去??看胺胖囊粋大玻璃瓶,被鐵塊砸得碎片四迸……

幾天以后,諾思厄普在實驗室接見了軍方代表。他們很感興趣地了解了實驗裝置的情況。臨了,軍方代表說:“我們準備贊助這項研究。希望你能用這個原理制成一種新式武器??墒?,叫什么名字呢?”

諾思厄普思索了一下,說:“它是借電磁力工作的,就叫電磁炮吧!”

電磁炮的原理并不復雜。中學生都學過,電流可以產生磁場,當“道軌”上放上鐵塊,實際上便形成了一個閉合回路。鐵塊在這個磁場中受到磁場力的作用,根據左手定則,這力的方向正是沿著道軌方向的。這里,要使鐵塊變成摧毀目標的武器,必須使它的速度足夠快。而要獲得高速度,必須有強大的電流。遺憾的是,在30年代沒有能產生大電流的電波,盡管諾思厄普絞盡腦汁,法國、德國和日本等國也先后研制過電磁炮,但都沒有成功。

70年代以后,所謂“單極發電機”出現了,電磁炮的研究這才有了大突破。

電磁炮需要有大電流直流脈沖電源,電流應該有數萬到數10萬安培,普通發電機是無法勝任的?!皢螛O發電機”是澳大利亞國立大學發明的,它是利用浸泡在液氮中的超導體線圈借超導現象產生高強勵磁磁碭,利用厚的銅圓盤作轉子,在磁場中迅速旋轉產生電流。輸出電流利用液體金屬鈉作為觸點,從圓盤的中心和圓周引出。

這種發電機的輸出電流可達數10萬安培以上,利用高速的機械或電磁制動,使轉子在1/10秒或更短的時間剎車,可以產生極強的直流脈沖電流。

如果用電感耦合方式將這種大電流脈沖耦合到銅“導軌”上,將使滑塊受到強大電磁力而迅速飛出。為使滑塊在“導軌”末段再得到加速,外面又設計了一種超導線圈,以造成末端再加速磁場。整個過程用每秒運算500萬次的大容量電子計算機控制協調。這就構成了一個完整的電磁炮。

電磁炮的原理性試驗已經成功。美國利弗莫爾研究所1975年在電磁炮的

“道軌”上發射了重 1/3公斤的穿甲彈,速度每秒3公里,其動能超過最先進火炮的4倍。不久,速度提高到每秒5公里。據報道,用電磁炮發射的只有幾克重的小彈丸因速度極大,竟一下子穿透了挺厚的鋼板!

電磁炮的優點很多。它只發射彈丸,省去了炮彈殼和火藥,減少了成本和污染。它不需要堅固的炮管和復雜的發火機構,并且絕無“膛炸”的危險。通過改變電流可以非常方便地調節“炮彈”的速度,使準確性大大提高。更重要的是,電磁炮的彈丸可以達到宇宙速度。有人計算,其速度可以達到每秒20公里以上。也就是說,電磁炮發射的彈丸可飛出地球,打擊衛星或其他宇宙目標。

從經濟上看,因為發電可利用廉價柴油,獲每兆焦耳能量只需0.1美元,而使用火藥產生同樣能量卻需10美元。

電磁炮可以安裝在坦克、飛機上,或像普通火炮一樣放在地面上,也可以安裝在衛星或空間渡船上。

當然,在Nod把它用于武器平臺之前,激光的出現已經有一段時間了,但是在之前,它們由于包括體積、重量、冷卻、能量需求、以及戰場耐用性等大量問題的存在而不適于用作為武器。因為這些因素,激光僅作為次要角色發揮作用——比如做成用于攔截遠程導彈的固定炮臺——直到一個不出名的泰國工程師開發出了一種新的、耐用的、反射和折射系統,這革命性地給激光設備的建造和使用開創了新道路。

在對日本科學家創造的持久磁性陶瓷深入研究的基礎上,這個工程師成功創造了人工陶瓷晶體,在這種晶體內部反射和折射光線的能量損失僅與加工最精細的玻璃反射鏡相當。這個發現的有效性被世界上的大多數人被錯過了——玻璃鏡仍然更加便宜且容易制造,另外多數軍方很久以前就簡單地因其不可行而放棄了激光武器。許多美國軍火商在嘗試使導彈和彈道武器更加完善,而其基礎研究則已經用粒子武器完成了。然而,為泰國工程師提供走私材料用于那些怪誕實驗的Nod成員發現陶瓷晶體可能有助于Nod未來擴張基層組織、并公開對抗發達國家。這種觀點被證明是對的,Nod工程師很快開發出了一臺新的激光防御武器。

其原型建筑最初有10層樓高,并且需要一個擁有冷卻裝置和供能系統的巨大地基。其中一個Nod建造者在看到它將一個模擬目標坦克變成蒸汽時,感嘆地說“看啊,它帶來了凱恩之光”。被賦予這個評論的建筑從來沒有單獨使用過——只是作為Nod一個更大型裝置的一部分——專門的地下能源供給和冷卻管道系統被開發出來了,這使這個塔能夠吸收能量并將多余熱量送到附近的Nod發電站中。最終的建筑,除去內部的冷卻系統和能量供應,看起來像埃及式的大型方尖石碑。因此,“光明石碑”這個名字產生了。

在第一次Nod和GDI的沖突期間,光明石碑的形式沒有什么變化,因為GDI的坦克指揮官根本沒法找出它可利用的弱點。雖然在一個現有基地里,光明石碑比較便宜且容易建造,但它在戰斗狀態下仍然格外的耐用。然而,當凱恩重新露面、第二次戰爭開始時,GDI的裝甲部隊和武器裝備(還沒說數量)被改進到了一個使得光明石碑不能那么有效地防御基地的程度。一個只能算是比較成功的解決方案,通過將其內部的能量供應及冷卻系統與外部連接起來,以增加射程和能量。從而得到一個擁有更大的地基的建筑和最初的原型十分相似。由于建筑風格的原因,建筑的地基區域形狀一只巨大的蝎子——當然,這不會增加武器的威力。

更有趣的是,雖然沒那么有效、有用,一種小型的激光炮塔最終被開發了出來,它很好地彌補了光明石碑最大的弱點:對步兵。這些小型炮塔使用了和原版光明石碑一樣的能量及冷卻管道系統,但是它們安裝在一個穩固的、可以旋轉的平臺上,并使用了標準的激光炮。最終,激光炮塔被證明為對付GDI步兵和輕裝甲的有效防御武器。

 


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