根據(jù)相對論任何速度都不能超過光速,那么激光武器的發(fā)射速度跟光速對比誰更快
來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-17 09:37:42
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根據(jù)相對論任何速度都不能超過光速,那么激光武器的發(fā)射速度跟光速對比誰更快【專家解說】:激光武器發(fā)射的激光速度與光速相同,只是激光具有單色性、定向性和強度大等特點和具有的優(yōu)勢才廣泛用
【專家解說】:激光武器發(fā)射的激光速度與光速相同,只是激光具有單色性、定向性和強度大等特點和具有的優(yōu)勢才廣泛用于多領(lǐng)域,激光武器的制造和應(yīng)用就是這方面的利用。
激光的產(chǎn)生與特點和應(yīng)用:
激光
【簡介】
激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”,是它的英文名稱LASER的音譯,是取自英文LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“受激輻射的光放大”。激光的英文全名已完全表達了制造激光的主要過程。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明。它的原理早在 1917 年已被著名的物理學家愛因斯坦發(fā)現(xiàn),但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運而生的,它一問世,就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展,激光的發(fā)展不僅使古老的光學科學和光學技術(shù)獲得了新生,而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段,去獲得空前的效益和成果,從而促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。
【激光的產(chǎn)生】
若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數(shù)密度為N2和N1,在兩能級間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光,與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干輻射場激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統(tǒng)計權(quán)重相等時,兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2<N1,所以受激吸收躍遷占優(yōu)勢,光通過物質(zhì)時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2>N1,這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種情況下,受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢。光通過一段長為l的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)(激活物質(zhì))后,光強增大eGl倍。G為正比于(N2-N1)的系數(shù),稱為增益系數(shù),其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān)。一段激活物質(zhì)就是一個激光放大器。如果,把一段激活物質(zhì)放在兩個互相平行的反射鏡(其中至少有一個是部分透射的)構(gòu)成的光學諧振腔中(圖1),處于高能級的粒子會產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中,非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外:軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播,當它在激光物質(zhì)中傳播時,光強不斷增長。如果諧振腔內(nèi)單程小信號增益G0l大于單程損耗δ(G0l是小信號增益系數(shù)),則可產(chǎn)生自激振蕩。原子的運動狀態(tài)可以分為不同的能級,當原子從高能級向低能級躍遷時,會釋放出相應(yīng)能量的光子(所謂自發(fā)輻射)。同樣的,當一個光子入射到一個能級系統(tǒng)并為之吸收的話,會導(dǎo)致原子從低能級向高能級躍遷(所謂受激吸收);然后,部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級并釋放出光子(所謂受激輻射)。這些運動不是孤立的,而往往是同時進行的。當我們創(chuàng)造一種條件,譬如采用適當?shù)拿劫|(zhì)、共振腔、足夠的外部電場,受激輻射得到放大從而比受激吸收要多,那么總體而言,就會有光子射出,從而產(chǎn)生激光。
激光是受激輻射的結(jié)果。
什么叫做“受激輻射”?它基于偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中,有不同數(shù)量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā),會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光,而且在某種狀態(tài)下,能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡稱激光。
【激光的特點】
(一)定向發(fā)光
普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光匯集起來向一個方向射出。激光器發(fā)射的激光,天生就是朝一個方向射出,光束的發(fā)散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用激光照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。
(二)亮度極高
在激光發(fā)明前,人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石激光器的激光亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,激光光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球,產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯,人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個極小的空間范圍內(nèi)射出,能量密度自然極高。
(三)顏色極純
光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,對應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一,但仍有一定的分布范圍。如氪燈只發(fā)射紅光,單色性很好,被譽為單色性之冠,波長分布的范圍仍有0.00001納米,因此氪燈發(fā)出的紅光,若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長分布區(qū)間越窄,單色性越好。激光器輸出的光,波長分布范圍非常窄,因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例,其光的波長分布范圍可以窄到2×10-9納米,是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。由此可見,激光器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。
(四)相干性好。激光的頻率、振動方向、相位高度一致,使激光光波在空間重疊時,重疊區(qū)的光強分布會出現(xiàn)穩(wěn)定的強弱相間現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源發(fā)出的光,其頻率、振動方向、相位不一致,稱為非相干光。閃光時間可以極短。由于技術(shù)上的原因,普通光源的閃光時間不可能很短,照相用的閃光燈,閃光時間是千分之一秒左右。脈沖激光的閃光時間很短,可達到6飛秒(1飛秒=10-15秒)。閃光時間極短的光源在生產(chǎn)、科研和軍事方面都有重要的用途。
【激光的技術(shù)應(yīng)用】
(一)在工業(yè)上的利用
激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識別物體等的一門技術(shù),傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域為激光加工技術(shù)。激光技術(shù)是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術(shù),傳統(tǒng)上看,它的研究范圍一般可分為:
(1)激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。
(2)激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。激光焊接:激光切割;激光打孔;激光熱處理;激光涂敷等。
(3)激光冷卻
(二)在醫(yī)學與美容中的應(yīng)用。
(三)在物理學與其它科技方面中的應(yīng)用
(1)激光光譜(laser spectra)以激光為光源的光譜技術(shù)。
(2)激光傳感器(lasertransducer)利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。
(四)在武器上的應(yīng)用
激光在武器上的應(yīng)用產(chǎn)生了激光武器。
激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同,激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類。武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤、瞄準、發(fā)射裝置等部分組成,目前通常采用的激光器有化學激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉(zhuǎn)向靈活、可實現(xiàn)精確打擊、不受電磁干擾等優(yōu)點,但也存在易受天氣和環(huán)境影響等弱點。激光武器已有30多年的發(fā)展歷史,其關(guān)鍵技術(shù)也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種激光打靶試驗。目前低能激光武器已經(jīng)投入使用,主要用于干擾和致盲較近距離的光電傳感器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設(shè)備;高能激光武器主要采用化學激光器,按照現(xiàn)有的水平,今后5—10年內(nèi)可望在地面和空中平臺上部署使用,用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等。
激光的產(chǎn)生與特點和應(yīng)用:
激光
【簡介】
激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”,是它的英文名稱LASER的音譯,是取自英文LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“受激輻射的光放大”。激光的英文全名已完全表達了制造激光的主要過程。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明。它的原理早在 1917 年已被著名的物理學家愛因斯坦發(fā)現(xiàn),但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運而生的,它一問世,就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展,激光的發(fā)展不僅使古老的光學科學和光學技術(shù)獲得了新生,而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段,去獲得空前的效益和成果,從而促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。
【激光的產(chǎn)生】
若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數(shù)密度為N2和N1,在兩能級間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光,與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干輻射場激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統(tǒng)計權(quán)重相等時,兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2<N1,所以受激吸收躍遷占優(yōu)勢,光通過物質(zhì)時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2>N1,這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種情況下,受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢。光通過一段長為l的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)(激活物質(zhì))后,光強增大eGl倍。G為正比于(N2-N1)的系數(shù),稱為增益系數(shù),其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān)。一段激活物質(zhì)就是一個激光放大器。如果,把一段激活物質(zhì)放在兩個互相平行的反射鏡(其中至少有一個是部分透射的)構(gòu)成的光學諧振腔中(圖1),處于高能級的粒子會產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中,非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外:軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播,當它在激光物質(zhì)中傳播時,光強不斷增長。如果諧振腔內(nèi)單程小信號增益G0l大于單程損耗δ(G0l是小信號增益系數(shù)),則可產(chǎn)生自激振蕩。原子的運動狀態(tài)可以分為不同的能級,當原子從高能級向低能級躍遷時,會釋放出相應(yīng)能量的光子(所謂自發(fā)輻射)。同樣的,當一個光子入射到一個能級系統(tǒng)并為之吸收的話,會導(dǎo)致原子從低能級向高能級躍遷(所謂受激吸收);然后,部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級并釋放出光子(所謂受激輻射)。這些運動不是孤立的,而往往是同時進行的。當我們創(chuàng)造一種條件,譬如采用適當?shù)拿劫|(zhì)、共振腔、足夠的外部電場,受激輻射得到放大從而比受激吸收要多,那么總體而言,就會有光子射出,從而產(chǎn)生激光。
激光是受激輻射的結(jié)果。
什么叫做“受激輻射”?它基于偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中,有不同數(shù)量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā),會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光,而且在某種狀態(tài)下,能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡稱激光。
【激光的特點】
(一)定向發(fā)光
普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光匯集起來向一個方向射出。激光器發(fā)射的激光,天生就是朝一個方向射出,光束的發(fā)散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用激光照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。
(二)亮度極高
在激光發(fā)明前,人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石激光器的激光亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,激光光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球,產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯,人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個極小的空間范圍內(nèi)射出,能量密度自然極高。
(三)顏色極純
光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,對應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一,但仍有一定的分布范圍。如氪燈只發(fā)射紅光,單色性很好,被譽為單色性之冠,波長分布的范圍仍有0.00001納米,因此氪燈發(fā)出的紅光,若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長分布區(qū)間越窄,單色性越好。激光器輸出的光,波長分布范圍非常窄,因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例,其光的波長分布范圍可以窄到2×10-9納米,是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。由此可見,激光器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。
(四)相干性好。激光的頻率、振動方向、相位高度一致,使激光光波在空間重疊時,重疊區(qū)的光強分布會出現(xiàn)穩(wěn)定的強弱相間現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源發(fā)出的光,其頻率、振動方向、相位不一致,稱為非相干光。閃光時間可以極短。由于技術(shù)上的原因,普通光源的閃光時間不可能很短,照相用的閃光燈,閃光時間是千分之一秒左右。脈沖激光的閃光時間很短,可達到6飛秒(1飛秒=10-15秒)。閃光時間極短的光源在生產(chǎn)、科研和軍事方面都有重要的用途。
【激光的技術(shù)應(yīng)用】
(一)在工業(yè)上的利用
激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識別物體等的一門技術(shù),傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域為激光加工技術(shù)。激光技術(shù)是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術(shù),傳統(tǒng)上看,它的研究范圍一般可分為:
(1)激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。
(2)激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。激光焊接:激光切割;激光打孔;激光熱處理;激光涂敷等。
(3)激光冷卻
(二)在醫(yī)學與美容中的應(yīng)用。
(三)在物理學與其它科技方面中的應(yīng)用
(1)激光光譜(laser spectra)以激光為光源的光譜技術(shù)。
(2)激光傳感器(lasertransducer)利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。
(四)在武器上的應(yīng)用
激光在武器上的應(yīng)用產(chǎn)生了激光武器。
激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同,激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類。武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤、瞄準、發(fā)射裝置等部分組成,目前通常采用的激光器有化學激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉(zhuǎn)向靈活、可實現(xiàn)精確打擊、不受電磁干擾等優(yōu)點,但也存在易受天氣和環(huán)境影響等弱點。激光武器已有30多年的發(fā)展歷史,其關(guān)鍵技術(shù)也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種激光打靶試驗。目前低能激光武器已經(jīng)投入使用,主要用于干擾和致盲較近距離的光電傳感器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設(shè)備;高能激光武器主要采用化學激光器,按照現(xiàn)有的水平,今后5—10年內(nèi)可望在地面和空中平臺上部署使用,用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等。
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