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超强超短激光实验装置是激光武器?千万别误读了!
星之球科技 来源:光电汇OESHOW2017-12-05 我要评论(0 )
前阵子,上海的超强超短激光实验装置(SULF)获得重大突破,着实让我们热血了一把。各大媒体、平台纷纷报道。但是看到类似这种讨
前阵子,上海的超强超短激光实验装置(SULF)获得重大突破,着实让我们热血了一把。各大媒体、平台纷纷报道。但是看到类似这种讨论,小编忍不住要多说两句了。超强超短激光实验装置是激光武器?这个可千万别误读了。
什么是超强超短激光实验装置
“上海发布”官方微信中称,超强超短激光实验装置位于上海浦东张江,是上海建设具有全球影响力的科创中心、打造世界级重大科技基础设施集群的首批重大项目,也将是上海张江综合性国家科学中心的核心平台之一。
正如官方定义中,“科创、科学”是对此装置的修饰限定,未用任何含有“激光武器”的词。把该装置误认为是激光武器的同仁,估计都是被它的“超强超短”给诱导了。
大功率激光是各国梦寐以求的,因为,它能干的事情实在是太多了。然而,大功率激光并非那么容易产生,而且造价也越发的昂贵。
根据“功率=功/时间”可知,既然在“功”上突破已经很昂贵且很难,那么,我们就从“时间”上来突破。
1 W(功率)=1 J/1 s。
对于1 J的能量来说,如果我们把激光的脉冲时间从1 s缩短到0.1 s,那我们就得到了10 W的功率。如果从1 s缩短到0.001 s,我们就得到了1000 W的功率。
同理,如果缩小到1 ps(1 ps=10-12 s)呢?那我们就得到了1TW的功率(1 TW=1012 W);缩小到1 fs(1 fs=10-15 s),就达到了1 PW(1 PW=1015 W)的级别。
所以,中科院上海光学精密机械研究所的超强超短激光装置,是在激光脉冲宽度经过脉冲压缩器压缩后达到21 fs的情况下,其压缩后激光脉冲的最高峰值功率才达到了10.3 PW。
超强超短激光装置能做什么
超强超短激光功率如此的大,以至于能产生很多极端条件,而这些条件只有在恒星内部或是黑洞边缘才能产生。所以它的第一个重要作用,就是探索宇宙。
超强超短激光可以在材料内部制造出反物质,也就是大量正电子,这些正电子与材料内部的电子发生湮灭,于是,电子的全部质量转变成电磁辐射,并以伽马光子射出,检测这些光子,我们也就间接地探测到了材料的内部情况。利用正电子湮没技术可以对材料内部进行原子尺度的缺陷和损伤进行探测。
而以上这些应用,都是在实验室环境中进行的。
根据上海光机所所长李儒新院士在2015年国际光年报告会上的介绍,2020年,在超强超短激光领域,还可能实现以下梦想:产生纳米尺度的光束并应用于显微和存储;基于激光的超精密钟用于测量宇宙基本常数;激光聚变获得较大突破,人类获取清洁可持续能源迈出很大的一步;从飞秒激光发展到阿秒激光(阿秒脉冲),并以此探测电子的运动和化学反应。
什么是激光武器
激光发明于20世纪60年代,因其在军事领域的应用潜能,一出现就引起了各国的高度重视。1964年上海光机所成立,专注于研制用于激光武器的大功率激光器。因此,中国在激光和激光武器方面起步很早,没有落后世界多少年,这也是我国和其他激光大国有的一拼的历史基础。
通常意义的激光武器,破坏机理主要是靠热效应。作为武器的激光器主要分类有化学激光器、固体激光器和自由电子激光器(FEL)。
●化学激光器能量大,技术成熟,美国将氧化碘激光器搭载在波音飞机上打过靶,缺点是维护贵,化学染料通常有毒;
●固体激光武器目前研究最火,比如板条型、碟片型固体激光器,都是能支持大功率稳定输出的结构。光纤激光器是新宠。2014年,美国LaWS激光近防系统就采用6台IPG 5.5 kW光纤激光器,以非相干合成的方式实现33 kW的最大输出功率。可见,以多台光纤激光器合束成大功率是一种发展新思路;
●FEL激光器是一种依靠电能驱动的激光器,而且有一个巨大的优势就是波长可调。但是目前来讲,功率略低。按照2016财年美国国会的报告来看,对舰载自由电子激光器还是有明显规划的。
超强超短激光装置能作为激光武器吗
答案是肯定的:不能。我们可以从以下几点来看:
首先,从最直观的体积来看,激光武器一般是车载、机载的,也就是说能够灵活作战的,可是看看我们这个装置,一般战斗车和战机恐怕都很难装载它。
其次是成本。今年7月,外媒称美国激光武器发射成本只需1美元就可打击距离1公里级的目标(这里,它只是计算了耗电量的成本,研发、采购、维护成本都没有记入)。
最后,也是最重要的一点,是时间问题,这也是误读的关键。
我们就以2014年美国LaWS激光近防系统最大输出功率33 kW和SULF装置最高输出10.3 PW 进行对比。
诚然,只看功率,显然SULF比LaWS大得多得多。但是我们稍微换算下,就能发现,其实SULF的能量小得多得多。
根据E=P/Δt,变换后,P=E/Δt,
假设能量E=1 J,LaWS如果功率为33 kW,则需要时间约为0.03 ms,而SULF装置的10.3 PW则需要耗时约1 fs。
也就是说,激光武器需要持续地照射目标,以对其产生损伤,而SULF装置还未对目标产生任何损伤时,就照射完了。这样的装置,你认为能作为激光武器来使用吗?!当然不能。因为时间真地是太短了,能量太小了。
我们大多数人都是被它的大功率所吸引,而忽略了它作用的时间。
总结
科学技术是不断发展的,随着新技术的发展,超强激光的体积会逐步缩小,在将来也不排除超强超短激光装置在激光武器应用上有所发展,但是千万别再把当下的超强超短激光装置等大科学装置误读为激光武器了。
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