激光武器

激光武器是用高能激光毁伤目标的武器,属于能量武器中的光学武器,广义上属于射束武器
现实中已经存在多种激光武器,主要分成致盲型激光武器、近距离战术型激光武器、远距离战略型激光武器。现实中的战术高能激光武器(THEL)用于拦截导弹等空中目标。其优点是反应时间短,可拦击突然发现的低空目标,且在拦击多目标时能迅速变换射击对象。

原理


激光原理

激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,缩写为LASER)是物质的受激辐射产生的光。
分子构成的物质在受到与其分子的固有振荡频率相同的能量激发时会产生激光。
激光具有单色性好、发散度小、可以达到很高亮度的性质。
产生激光需要“激发来源”,“增益介质”,“共振结构”这三个要素。

  • 受激辐射(光学角度)
电子的运动状态可以分为不同的能级。在电子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的光子,这叫做自发辐射。在一般的发光体中,自发辐射是随机发生的,释放出的光子没有一定的频率而呈现混合色,例如白炽灯发出的光。
在为一个能级系统注入能量后,系统内的电子会从低能级向高能级跃迁,这叫做受激吸收。当自发辐射产生的光子碰到这些因注入能量而跃上高能级的电子时,这些高能级的电子会受到诱导而跃迁到低能级并释放出光子,这叫做受激辐射。

  • 光放大
受激辐射产生的光子的所有光学特性跟原来的自发辐射光子相同,这包括频率、相位、前进方向等。受激辐射产生的光子在碰到其他因注入能量而跃上高能级的电子时,又会再发生受激辐射,于是光的强度越来越大而且其中的光子有着相同的频率、相位、前进方向,这叫做光放大。

  • 群数反转
要发生光放大,就要产生一个高能级电子比低能级电子数目多的环境,即群数反转,这样才有足够的机会让高能级电子碰上光子来释放新的光子。
在二级系统中,一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的,难以达成群数反转。所以激光一般是通过三级以上的系统来发生。在三级系统中,电子受激发而跃迁到高能级后,很快转为能级比未跃迁时要高的亚稳态,亚稳态电子的数目可以超过未激发电子而实现群数反转。

  • 激光器三要素
激发来源:将能量注入低能级电子使其激发为高能级电子之物。能量注入的方式有通电、光照、化学反应等。
增益介质:要注入能量的电子所在的物质。其物理特性会影响所产生激光的波长等性质。
共振结构:将增益介质夹在其中的两面互相平行的镜子,一面接近全反射,一面半反射。其作用是把受激辐射产生的光在两者之间来回反射,使光多次经过增益介质而不断放大。当光被放大到可以穿透半反射镜时,激光便从半反射镜发射出去,所以半反射镜也被称为输出耦合镜。两镜面间的距离对输出的激光波长有着选择作用,只有波长与两镜间的距离能产生共振的光可以射出去。

激光毁伤

激光主要导致以下毁伤:

  • 致盲
用激光束照射目标的眼睛等光学传感器,烧伤其视网膜等成像机构,使目标失明或损坏而失去战斗力。

  • 穿孔
用高功率激光束把目标表面急剧熔化甚至气化而留下孔洞,熔融物质或气体会在目标上造成进一步烧伤。

  • 层裂
目标表面在吸收激光能量后,部分原子会被电离而形成等离子体。等离子体会膨胀、喷射而形成应力波向目标深处传播。应力波的反射造成目标结构断裂,冲入裂缝中的等离子体还能烧毁目标结构与电子元件。

应用


激光枪激光炮激光钻

很有代表性的科幻武器,大小不一,形态各异。在ACG与影视作品中,为了让观众或玩家能直观地感受到激光,通常在透明大气甚至宇宙空间里描画出并不科学的光柱、光线并发出奇异的声音,一些行为类似曳光弹;也有一些类似现实中激光切割机的持续照射目标的激光炮、激光钻。

评价

激光武器是与现实接轨的武器,但许多作品里对激光武器的表现缺乏科学性,让一些观众误以为能在透明大气或宇宙空间里看到激光甚至在宇宙空间里听到激光发出的怪声。
现实中激光武器的缺点是不能全天候作战,其威力受限于大雾、大雪、大雨等气象条件。激光发射系统属于精密光学系统,受大气影响严重,如大气对能量的吸收、大气扰动引起的能量衰减、热晕效应、湍流以及光束抖动引起的衰减等。且激光武器需要大量的电能或化学能等能量输入,在能量储存设备(如高能电池)小型化的问题解决前,难以大规模应用激光武器。
最終更新:2013年11月28日 18:50