18新利最新登入激光武器的工作原理

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这个年轻人能用激光枪打晕对手吗?查看更多激光照片
兰伯特/赫尔顿存档/盖蒂图片社

你可能在《星球大战》、《星际迷航》和其他科幻电影和节目中见过它们。18新利最新登入x翼战斗机死亡之星千年隼号和企业号使用的激光在伟大的虚构战斗中征服和/或保卫宇宙的武器。星际飞船并不是唯一携带激光热量的飞船。汉·索罗(Han Solo)等人在《星球大战》(Star Wars)中携带了这种爆破枪。柯克船长和其他星际舰队人员在《星际迷航》中使用相位枪。所有这些武器都使用定向能量,以激光束的形式,使对手瘫痪或死亡。

但是使用激光作为武器有什么好处呢?这可能吗?你能用这种武器打晕对手吗?这些问题正由空军研究实验室的定向能理事会。该项目正在开发高能激光、微波技术和其他未来武器系统,例如机载激光相位枪

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激光和其他定向能武器与子弹和导弹等传统投射武器相比有许多优势:

  • 武器的输出可以以光速传播。
  • 这些武器可以精确地瞄准目标。
  • 它们的能量输出是可以控制的——高功率用于致命结果,低功率用于非致命结果。

美国空军已经开发了三种正在测试的武器系统,在某些情况下已经投入使用。这些系统包括机载激光器(先进战术激光器),相位器和主动拒接系统.继续往下读,了解激光和这些武器系统是如何18新利最新登入工作的。

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18新利最新登入激光怎么能成为武器?

这台工业切割机使用激光来完成工作。"width=
这台工业切割机使用激光来完成工作。
迪克Luria / Photodisc /盖蒂图片社

在最基本的情况下,a激光是一个源。为了理解它是如何成为一种武器18新利最新登入的,思考一下它与你每天周围的光源有什么不同是有帮助的。从一个普通的白炽灯开始。灯泡向各个方向发出光波。这些波,就像水中的波一样山峰而且低谷,或高点和低点。如果你能看到白炽灯发出的每一个光波,你会同时看到很多波峰和波谷。也有很多频率从灯泡发出的光的颜色,它们都结合在一起,创造出看起来像白光的东西。

现在,想象一个手电筒。手电筒的光束比裸灯泡的光束更集中。它的大部分光线都朝着一个方向传播,这取决于你将手电筒指向哪里。仍然有很多频率的光结合在一起产生白光,不同光波的波峰和波谷在不同的时间经过。

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激光甚至比手电筒更聚焦。它只产生一种波长或颜色的光。光波的波峰和波谷也是同步峰到峰,谷到谷。这意味着不同的波不会相互干扰。这种光只向一个方向传播。光束可以紧密聚焦,并在很远的距离上保持如此。激光可以产生巨大的能量(比普通灯泡强1000到100万倍)。不同类型的激光器可以产生不同波长的光,从红外线到可见光再到紫外线。

光基本上是移动的能量。激光产生非常强烈的能量,可以传播很长的距离。这就是为什么激光可以成为武器,而白炽灯泡的光通常不能。

要做到这一点,激光必须以一种非常规的方式发光。“激光”代表受激辐射的光放大.换句话说,激光通过刺激光子的释放而产生光光子或轻粒子。要做到这一点,激光器需要四个基本部件:

  • 激光介质:一种光源原子它们被激发并发出特定波长的光。介质可以是气体、液体或固体。
  • 能量来源:使激光介质中的原子处于激发态
  • 镜子:一面全镜和一面半银镜。反射镜允许发射的光在激光介质腔内来回反射,最终逸出到外部
  • 透镜:大多数激光器都有某种类型的透镜来聚焦光束。

激光的过程就是储存和释放能量。能量源将能量注入激光介质。的能量兴奋电子,移动到更高的能级。当电子放松时,它们就会发射光子.光子在镜子之间来回移动,在移动过程中激发其他电子。这就产生了强大的聚焦光。

接下来,我们将开始研究一些用于军事的激光。

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军事激光

自由电子激光器示意图。一束电子束通过一个波动器被发送出去,波动器是一组磁体,磁体的南北两极交替。波动器中的磁场迫使每束电子来回振荡,使它们发射出类似激光的光束。"width=
自由电子激光器示意图。一束电子束通过一个波动器被发送出去,波动器是一组磁体,磁体的南北两极交替。波动器中的磁场迫使每束电子来回振荡,使它们发射出类似激光的光束。
图片由Flavio Robles/创意服务办公室提供,劳伦斯伯克利国家实验室

有许多不同类型的激光

  • 固态激光器有一种固体晶体的激光介质,如红宝石激光器或钕YAG激光器,它们发射1.06微米波长。
  • 气体激光器有一个激光介质是气体或气体的组合,如氦氖激光器或二氧化碳激光器,它发射10.6微米波长(红外)。
  • 准分子激光有一种由活性气体(如氯气或氟)和惰性气体(如氩气或氪气)组成的激光介质。氟化氩激光器发出的紫外线波长为193纳米。
  • 染料激光有荧光染料的激光介质,如罗丹明。它们可以在一定范围内被调谐到各种波长。罗丹明6G染料激光器的波长可调至570- 650纳米。
  • 二氧化碳军方正在探索激光,因为它们是强大的红外激光,可用于切割金属。

目前有几种激光器被用于军事目的。其中一个正在研究和开发的是自由电子激光器(恶魔)。20世纪70年代,斯坦福大学物理学家约翰·马迪发明了FEL并申请了专利,它由一个电子注入器、一个粒子加速器和一个磁性加速器组成波纹机蠕动的东西.它是这样工作的:

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  1. 电子注入器将自由电子脉冲注入粒子加速器。
  2. 粒子加速器将电子加速到接近(300000公里/秒)
  3. 电子通过波动器或摆动器运动,这是一系列的磁铁南北方向交替的。
  4. 在摆动器内部,电子来回振荡。每次弯曲,它们都会发出特定波长的光。
  5. 摆动器内磁铁的间距控制发射光的波长。因此,可以通过改变磁铁间距来调节FEL激光器。
  6. 理论上,FEL可以从电磁波谱的红外区域调整到x射线区域。

为了研究目的,FELs已被用于产生高能红外光和同步加速器x射线。FEL也是国防部战略防御计划(里根总统的“星球大战”计划)感兴趣的激光。最近,美国海军研究生院获得了Madey在斯坦福大学开发的原始FEL,用于军事研究。

1977年,美国空军研制了一种化学氧碘激光器(线圈)。线圈的能量来源是一个化学反应,激光介质是分子碘。下面是它的工作18新利最新登入原理:原子,热和副产品,包括蒸汽和氯化钾。

  1. 氯气和过氧化氢和氢氧化钾的液体混合物发生化学反应。
  2. 化学反应产生单氧
  3. 分子碘被注入激光。单线态氧提供能量使碘原子发射激光,并发射出波长为1.3微米的红外光。
  4. 激光器可以连续发光,也可以脉冲发光,提高了激光器的效率。

线圈激光器被用在空军“机载激光器”,我们接下来会讲到。

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机载激光器

空军的机载激光器是一种配备化学激光器的飞机。它被设计用来击落飞行初期的导弹。"width=
空军的机载激光器是一种配备化学激光器的飞机。它被设计用来击落飞行初期的导弹。

在海湾战争中,萨达姆·侯赛因的军队向以色列和美国在中东的基地发射了飞毛腿导弹。的爱国者导弹部署防御系统是为了保护美国的利益。爱国者导弹可以在来袭导弹的向下路径上摧毁它们,但是如果你能更早地捕捉到它并在它发射时摧毁它呢提高阶段(靠近原点的向上路径)?这就是美国空军机载激光它是由波音公司、诺斯鲁普·格鲁曼公司和洛克希德·马丁公司的承包商开发的。

ABL安装在一架经过改装的波音747大型喷气式飞机上。它由四个部分组成激光先进的自适应光学、传感器和计算机来定位、跟踪和摧毁导弹。它是这样工作的:

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  1. 红外传感器探测助推导弹的热特征并向导弹发射装置报告信息18luck手机登录主动跟踪激光器
  2. 主动跟踪激光器跟踪导弹并报告相关跟踪信息(距离、速度、高度)。18luck手机登录
  3. 跟踪光源激光器扫描目标,找出高能激光的最佳瞄准点。
  4. 信标照明器激光照射在目标上,确定ABL和目标之间的大气湍流量,并将此信息传递给高能激光瞄准机构中的自适应光学系统。18luck手机登录
  5. 自适应光学系统由可变形的镜子组成,可以补偿大气湍流。安装在机头的炮塔有1.5米长望远镜作为光学系统的一部分。
  6. 线圈激光器向目标发射一束兆瓦特的光束。光束通过机头安装的炮塔离开ABL。
  7. 高能激光束穿透目标导弹的外壳并使其失效或爆炸,这取决于激光束击中的位置。

所有的操作都由计算机协调。

美国空军目前正在测试ABL,并表示其射程在数百公里左右。当ABL完全投入使用时,它将需要六名机组人员,他们将戴上特殊的安全护目镜,以保护他们的眼睛不受空气中水滴可能对光束的反射。

为ABL开发的高能激光器正在为陆地和海上使用而设计和开发。这些激光器将安装在卡车或船上,能够击落来袭的导弹、炮弹和可能的敌机。

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非致命和个人激光武器

主动拒接系统将毫米无线电频率指向目标,并引起强烈的灼烧感。"width=
主动拒接系统将毫米无线电频率指向目标,并引起强烈的灼烧感。
照片礼貌美国能源部 国防

现在我们知道了高能激光用于击落导弹,但它们也有非致命用途吗?是的。事实上,一个这样的系统已经经过测试,很快就会投入使用。叫做主动拒接系统(广告)。ADS不是激光,而是安装在卡车上的高能射频发生器和定向天线。里面的发电机能产生95千兆赫的频率毫米波.(毫米波的波长为1至10毫米,频率为30至300千兆赫。)定向天线聚焦毫米波,并允许操作员指向波束。毫米光束可以穿透任何人的皮肤,深度为1/64英寸,大约是三张纸的厚度。就像微波炉一样,光束的能量被加热皮肤组织中的分子,并引起强烈的烧灼感。光束不会造成永久性伤害,因为它不会穿透很远,当一个人移出光束时,这种感觉就消失了18新利最新登入军事痛束将如何发挥作用).

假设你可以瞬间击晕或分散对手的注意力。的空军已经开发出了一种可以做到这一点的设备人员停止和刺激反应(枪)。相位器包含两个低功率二极管激光器,一个可见,一个红外。它的大小和步枪差不多,可以由个人发射。激光暂时分散或“炫目”目标人而不致盲。

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国防部还在开发其他光学干扰装置,可以暂时损害目标的视力。

你不必是科幻迷,也会想知道市场上是否有针对平民的个人激光武器。也许就像你在科幻剧中看到的那样?18新利最新登入一个普通人可以购买或建造一个吗?一家名为Information U18luck手机登录nlimited的公司为一款激光枪做广告。在签署危险设备宣誓书并购买计划后,您可以购买硬件并组装自己的激光枪。

人员停止和刺激响应(PHaSR)是一种步枪大小的激光武器系统,使用两种非致命激光波长来威慑对手。"width=
人员停止和刺激响应(PHaSR)是一种步枪大小的激光武器系统,使用两种非致命激光波长来威慑对手。
图片由科特兰空军基地提供美国空军

18luck手机登录Information Unlimited公司的激光射线枪是一种固态激光器,它使用闪光灯作为能量底火,钕玻璃棒作为激光介质。它的工作原理很像《激光工作原理》中描述的红宝石激光器。18新利最新登入它需要12伏直流电源,来自AA电池.它以短的3焦耳脉冲发出1.06微米波长的红外光,总能量为500焦耳。光束被聚焦准直透镜,使光束变直,使它们平行。它被归类为危险的IV级激光器,该公司声称它能够在大多数材料上烧洞(红外激光器可以做到这些)。所以你可能不想为你9岁的孩子买一个生日礼物。

要了解更多关于激光武器的知识,请查看下一页的链接。

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更多优质链接

  • 国防杂志,定向能武器承诺“低杀伤成本”,2001年。http://www.nationaldefensemagazine.org/issues/2001/Sep/Directed-Energy.htm
  • 美国空军科特兰空军基地,定向能局。http://www.kirtland.af.mil/afrl_de/
  • 美国空军,机载激光简史。http://www.kirtland.af.mil/shared/media/document/AFD-070404-025.pdf
  • 美国空军,个人停止和刺激反应(PHaSR)。http://www.kirtland.af.mil/shared/media/document/AFD-070404-043.pdf
  • 新科学家在线,“美国军方设置激光相位来眩晕。”2005年11月。http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn8275
  • 新科学家在线,扫射人群,2004年6月。
  • 失明:相位。http://www.military.com/soldiertech/0,14632,Soldiertech_PHASR,,00.html
  • 国防部:联合非致命武器计划。https://www.jnlwp.com/
  • IEEE虚拟博物馆。“毫米波”http://www.ieee-virtual-museum.org/collection/tech.php?id=2345917&lid=1
  • 联合非致命武器计划,主动拒止系统情况说明。https://www.jnlwp.com/misc/fact_sheets/ADS%20Fact%20Sheet%20-%2015%20Oct%2007%20-%20FINAL.pdf
  • POPSCI.com。以光速攻击。http://www.popsci.com/military-aviation-space/article/2006-05/attack-speed-light
  • POPSCI.com,如18新利最新登入何工作:飞行激光炮。http://www.popsci.com/military-aviation-space/article/2008-03/18新利最新登入how-it-works-airborne-laser-cannon
  • 劳伦斯伯克利实验室,光速下的未来:先进光子科学计划。http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2007/Nov/APSI.html
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