美军超短脉冲激光器有多强?功率增强100万倍,可让目标“消融”
2023-09-04 14:44:54 | 新闻中心          浏览量:661

美军超短脉冲激光器有多强?功率增强100万倍,可让目标“消融”

美国的国防科技界流传这样一种说法:

激光武器是一种未来武器,并且永远都是

激光武器,作为一项颠覆性的技术,一直被寄予厚望,也被视为是未来战争场上的武器霸主。


想象中的激光武器战场 

想象中的激光武器战场

美国、英法、俄罗斯、以色列等国都在激光武器方面,表现出了极大的研发热情。

其中作为军事强国的美国,此番也准备大展身手,美军则正在研制迄今为止世界上最强大的激光武器。

据悉,这种激光武器一旦被研发出来,预计会比常规激光武器的功率强大一百万倍。


激光武器实测并击中目标 

激光武器实测并击中目标

这种牛皮哄哄的武器是谁呢?

我愿称之为是激光武器中的激光武器:超短脉冲激光器。


超短脉冲激光(UPSL)

或许这听起来很像是科幻电影,因为超短脉冲激光器,所产生的脉冲速度之快和强度之大,前所未见。

它所产生的脉冲光,是小于1ns(纳秒)的超短脉冲光,即十亿分之一秒的脉冲光,因此被称为超短脉冲光(USPL)。


超短脉冲光原理图 


利用超短脉冲光制作而成的激光武器,其对目标的破坏力无疑是十分惊人的,因为它能在1千万亿分之一秒内,发射出一万亿瓦的能量。

要知道,我们常见的一些军用激光武器,所发射的是一种连续波激光(功率是千瓦级)。

然后将其聚焦在目标的一个点上进行加热,并需要保持一定的时间,直到目标受热熔化,或者引发攻击目标的爆炸。


激光束图 


在这个等待激光束给目标造成损害的时间,称为停留时间,这个停留时间通常是几秒钟。

然而超短脉冲激光器却完全不同,它是在超短时间内,发射出高强度的能量脉冲,利用持续时间换取功率。

超短脉冲光具有太瓦 TW)量级的高峰值功率,能发射1太瓦,200飞秒长的激光能量,1 太瓦是1万亿瓦,所以1飞秒,也就相当于1万亿分之一秒。


超短脉冲光图 


这样的峰值强度,是连续波激光器的十亿倍,且这些能量不会衍射或分散,使它们比一般的激光系统发射的能量,要来得更加致命。


军用价值

正是看到了超短脉冲激光这独一无二的优势,所美军才希望能利用短脉冲激光研发出一款强大的新式激光武器——“军用平台超短脉冲战术激光器”(tuplap)

在一定的强度下,激光脉冲会在空中产生的强大磁场,从而改变空气的性质,将空气本身变成透镜,在空气中产生非线性效应,重新聚焦光束,而不是在传播时散射,从而形成自聚焦光脉冲,这些自聚焦脉冲也被称为孤子。

军用平台超短脉冲战术激光器”(tuplap) 


与千瓦(kW)级的连续波激光相比,超短脉冲激光极具军用价值。

超短脉冲激光非常强烈,当它的温度快速上升后,能够让目标的表面直接蒸发,而并非是对其进行熔化或者燃烧,这一过程也可以称为是消融。

此外,超短激光脉冲的强度,还可以加速电子从撞击点向外加速,这样的快速运动会产生强大的电磁脉冲。


激光脉冲图 


当它击中一些金属目标时,激光脉冲会加速电子,这些电子的强度足以对附近所有的电子设备进行干扰和破坏,或者使对方系统的传感器失明。

所以如果能将超短脉冲激光制成激光武器,并作为防空反导利器应用于战场上,其产生的强大电磁脉冲对于打击快速移动的小型无人机,导弹等空中目标非常有效果。

同时还能利用脉冲破坏对方技术信号,摧毁电子设备系统,使得敌方战斗人员致盲。


激光武器实测2 

激光武器实测2


且它们的脉冲持续时间(飞秒)短,脉冲能量低。由于这一特性,超短脉冲激光器有能力在恶劣天气、高湍流大气条件下运行。

所以也难怪,超短脉冲激光能被美军这样重视,一旦军用平台超短脉冲战术激光器被研制成功。

届时美军又将如虎添翼,常规的炮击跑,火箭弹,导弹,无人机等等,将难以对美军形成威胁。


激光武器图 


不过,由于诸多技术难题的限制,即便美国军用平台超短脉冲战术激光器研制成功,短时间之内,也难以得到大规模应用。


精度与工业应用

由于超短脉冲激光高精度的特性,它只被用于军事领域,显然就有些屈才了。

它还可以被用于金属,矿石,玻璃,钢铁等多种材料的切割,用于焊接,熔化,测距,钻孔工艺等等。


激光切割图 


尤其是在微米加工过程中,使用超短脉冲激光的好处就是,提高了尺寸的精度,减少了误差,降低了一些加工过程中造成的附加损害。

比如,利用传统方式对金刚石进行切割时,金刚石在切割过程中,总会不受控制,难以避免的发生一些裂纹,产生大于10微米的碎屑。

在边缘留下锯齿状的小凸起,于是才会有后续的研磨,抛光等一系列步骤。


激光切割图2 


相比之下,超短脉冲激光却可以有效避免这些情况,在切割过程中没有机械力的参与,没有热扩散,一步到位,切割到要求的规格,形成干净、精确的切割。

所以在切割过后,也不需要进行研磨和抛光,节约了时间和经济成本。

如今在手机,汽车和医疗设备等制造行业,超短脉冲激光也成为了一种理想工具。


激光穿透图 

 

文章来源:科学的解释

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