文档介绍：激光与激光武器
说到激光,人们可以想到光盘,想到打印机,想到种种方便了人类生活的发明创造。但是,最直观的一种想法就是往往出现在科幻电影中的神奇而眩目的激光武器。
以光作为武器在人类历史上并非绝无仅有。相传在公元前215年的第二次布匿战争中,西西里岛名城叙拉古遭受罗马舰队围城。城中的伟大的科学家阿基米德利用自己设计的抛石器将可染油料的陶罐抛射到罗马战舰之上,然后利用巨大的凸透镜聚焦太阳光点燃敌船,被称为“死亡之光”。以至于美国的一位教授将其煞有介事地称其为“激光武器之父”。阿基米德的这种想法可能来自与他在当时的学术之都埃及首都亚历山大里亚留学时观看七大奇迹之一的法洛斯灯塔的经历有关。不管这种传说是真是假,这座地中海的粮仓还是在3年后陷落在罗马共和国的鹰旗之下。尽管罗马将领尊重阿基米德,下令军队要礼待他,不得伤害,但是他还是被一名粗暴的罗马士兵杀死。于是这个事件也成了政治摧残科学的典型。无独有偶,公元6世纪,东罗马首都君士坦丁堡遭遇围城,也是依靠巨镜烧毁敌舰脱险,战果几乎可以与摧毁了阿拉伯海军的拜占庭的秘传武器“希腊火”相提并论。
叙拉古的阿基米德
(287BC-212BC)
但是以上所说的这些依靠传统的光学知识制成的武器不但威力有限,而且在历史上的地位也是传奇意义大于其实际意义的。基本只存在于传说中。甚至可以以孤证不立的原则将其忽略不计。真正的应用于武器领域那还是要到激光发明之后。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
即Laser,按照其意义来说应当为:“受激辐射的光放大”。形象的音译为“镭射”,在1964年,根据钱学森的建议,将其改称为“激光”。这也就是我们目前最常见的称呼了。
既然激光的本义是:受激辐射的光放大。那么要了解激光就得先了解一下
受激辐射。
受激辐射的理论最早是由爱因斯坦在1916年研究普朗克的黑体辐射公式的时候提出的。
首先是光的自发辐射
在没有外来光子的的情况下, 处于高能级的原子以一定几率向低能级跃迁
自发辐射是一个随机的过程,处在高能级的原子,什么时候向低能级跃迁发射出光子,带有很大的偶然性,因而气体中原子自发辐射过程中所发射的光子(或光波),其相位, 偏振态, 传播方向都没有确定的关系. 即自发光波是不相干的.
而受激辐射则是在频率为E2-E1/h的外来光子激励下,处于高能级E2的原子, 向低能级跃迁, 发射一个频率与外来光子频率相同的光子.
受激辐射是在外来光的激励下产生,所发光波频率, 相位, (外来光)加强,.
激光器组成可以分为:
(1) 激活介质(或工作物质)
工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。
(2) 激励能源
工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。
(3) 光学谐振腔
腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的定向性和相干性。
如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他原子受激辐射,这样就实现了光的放大;如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡,从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。
光学谐振腔的原理:
工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大,而把其他频率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外,与工作介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进,并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡,运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射,沿轴线运行的光子将不断增殖,在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束,这就是激光。
选择光传播方向
满足的频率才会被相干加强
激光有许多优越的特点:
,若用功率最强的探照灯照射月球,产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯一般的激光器亮度可达到比太阳表面的亮度大10亿倍.
高方向性激光器发射的激光,光束的发散度极小,,接***行。地球离月球的距离约38万公里,但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照灯光柱射向月球,按照其光斑直径将覆盖整个月球。
高单***激光的光波的波长的分布范围可以低于10-8 nm。
高相干性激光相位一致,是相干光,有很好的时间相干性和空间相干性。
从人类的历史上看,将最新的科技成果应用于军事,那绝对是顺理成章的事情。在过去的