这个年轻人能用他的激光枪击晕对手吗？查看更多激光图片。

兰伯特/霍顿档案馆/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看到过它们。X 翼战斗机、死星、千年隼号和企业号在伟大的虚构战斗中使用激光武器来征服和/或保卫宇宙。星际飞船并不是唯一封装激光热量的。韩索罗等人在《星球大战》中携带了爆能枪。柯克船长和其他星际舰队人员在“星际迷航”中使用了相位器。所有这些武器都使用激光束形式的定向能量来禁用或杀死对手。

但是使用激光作为武器有什么好处呢？甚至可能吗？你能用这样的武器击晕对手吗？空军研究实验室的定向能源理事会正在解决这些问题。该计划正在开发高能激光器、微波技术和其他未来武器系统，例如机载激光器和PHaSR。

与子弹和导弹等常规射弹武器相比，激光和其他定向能武器具有许多优势：

• 武器的光输出可以以光速传播。
• 武器可以精确瞄准。
• 它们的能量输出是可以控制的——高功率用于致命结果或切割和低功率用于非致命结果。

空军已经开发了三种武器系统，正在测试中，在某些情况下，正在使用。这些系统包括机载激光（高级战术激光）、PHaSR 和主动拒绝系统。继续阅读以了解激光和这些武器系统的工作原理。

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视频库：激光

几年前纽约和佛罗里达州的炭疽恐慌凸显了快速检测生物武器的必要性。科学家们开发了一种新的激光技术，可以实时检测炭疽病。观看来自 ScienCentral 的视频，了解炭疽激光器和生物危害技术的工作原理。

英特尔和加州大学圣巴巴拉分校的研究人员展示了世界上第一台电驱动混合硅激光器，解决了生产用于 PC、服务器和数据中心内部和周围的低成本、高度集成的硅光子芯片的最后障碍之一。

内容

1. 激光怎么能成为武器？
2. 军用激光器
3. 机载激光
4. 非致命和个人激光武器

激光怎么能成为武器？

这种工业切割机使用激光来完成工作。

迪克卢里亚/光碟/盖蒂图片社

最基本的，激光是一种光源。要了解它如何成为武器，想想它与您每天周围的光源有何不同会很有帮助。从一个普通的白炽灯泡开始。灯泡向各个方向发出光波。这些波浪，就像水中的波浪一样，有波峰和波谷，或高点和低点。如果你能够看到来自白炽灯泡的每一个光波，你会看到许多波峰和波谷同时经过你。灯泡发出的光也有很多频率或颜色，它们都结合起来产生看起来像白光的东西。

现在，想想手电筒。手电筒的光束比裸灯泡发出的光束更集中。它的大部分光线都向一个方向传播，具体取决于您将手电筒指向的位置。仍然有很多频率的光结合起来产生白光，不同光波的波峰和波谷在不同的时间经过。

激光甚至比手电筒更集中。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的波峰和波谷。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内保持聚焦。激光可以产生巨大功率的光（比普通灯泡强 1,000 到 100 万倍）。各种类型的激光器可以产生各种波长的光，从红外范围到可见波长再到紫外范围。

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

为此，激光器必须以非常规的方式产生光。“激光”代表受激辐射的光放大。换句话说，激光通过激发光子或光粒子的释放来产生光。激光器需要四个基本部件才能做到这一点：

• 激光介质：被激发并发射特定波长光的原子源。介质可以是气体、液体或固体。
• 能源：激发或泵浦激光介质中的原子到激发态
• 镜子：全镜面和半镀银镜面。镜子允许发射的光在激光介质腔内来回反射并最终逃逸到外面
• 透镜：大多数激光器都有某种类型的透镜来聚焦光束。

激光发射过程就是储存和释放能量。能量源将能量注入激光介质。能量激发电子，电子向上移动到更高的能级。当电子松弛时，它们会发射光子。光子在镜子之间来回移动，同时激发其他电子。这会产生强大的聚焦光。

接下来，我们将开始研究一些用于军事的激光器。

军用激光器

自由电子激光器的插图。一束电子通过波荡器发送 - 一个具有交替北极和南极的磁铁阵列。波荡器中的磁场迫使每束电子来回振荡，从而使它们发射出类似激光的光束。

图片由劳伦斯伯克利国家实验室 的 FLAVIO ROBLES/创意服务办公室提供

有许多不同类型的激光器：

• 固态激光器的激光介质是固体晶体，如红宝石激光器或钕 YAG 激光器，发射 1.06 微米波长。
• 气体激光器的激光介质是气体或气体组合，例如氦氖激光器或二氧化碳激光器，可发射 10.6 微米波长（红外线）。
• 准分子激光器的激光介质是氯或氟等反应性气体和氩气或氪等惰性气体的组合。氟化氩激光器发出 193 纳米波长的紫外光。
• 染料激光器的激光介质是荧光染料，例如罗丹明。它们可以调谐到一定范围内的各种波长。罗丹明 6G 染料激光器可以在 570 到 650 纳米波长范围内进行调谐。
• 军方正在探索二氧化碳激光器，因为它们是强大的红外激光器，可用于切割金属。

目前有几种激光器用于军事目的。正在研究和开发的一种是自由电子激光器（FEL）。1970 年代，斯坦福物理学家 John Madey 发明并申请了 FEL 专利，它由电子注入器、粒子加速器和磁波荡器或摆动器组成。它是这样工作的：

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光速（300,000 km/s）
3. 电子通过波荡器或摆动器移动，这是一系列具有交替南北方向的磁体。
4. 在摆动器内部，电子来回振荡。每次弯曲时，它们都会发出特定波长的光。
5. 摆动器内的磁铁间距控制着发射光的波长。因此，可以通过改变磁体间距来调整 FEL 激光器。
6. 从理论上讲，FEL 可以从电磁光谱的红外区域调整到 X 射线区域。

FEL 已被用于产生高能红外光和同步加速器 X 射线以用于研究目的。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，美国海军研究生院收购了马迪在斯坦福大学开发的原创FEL，用于军事研究。

1977年，美国空军研制出化学氧碘激光器（COIL）。COIL 的能源是化学反应，激光介质是分子碘。它是这样工作的：原子、热量和副产品，包括水蒸气和氯化钾。

1. 氯气与过氧化氢和氢氧化钾的液体混合物之间发生化学反应。
2. 化学反应产生单氧
3. 分子碘被注入激光。单线态氧提供能量以使碘原子产生激光并发射波长为 1.3 微米的红外光。
4. 激光器可以连续发光，也可以脉冲光，提高了激光器的效率。

COIL 激光器用于空军的机载激光器，我们将在下面讨论。

机载激光

空军的机载激光器是配备化学激光器的飞机。它旨在在早期飞行中击落导弹。

照片由柯特兰空军基地/美国空军提供

在海湾战争中，萨达姆侯赛因的部队向以色列和美国在中东的基地发射了飞毛腿导弹。爱国者导弹防御系统的部署是为了保护美国的利益。爱国者导弹可以在其向下的路径上摧毁来袭的导弹，但是如果你能更早地抓住它并在它的助推阶段（靠近其原点的向上路径）摧毁它呢？这就是美国空军的机载激光器(ABL) 的设计目的——它由波音公司、诺斯鲁普格鲁曼公司和洛克希德马丁公司的承包商开发。

ABL 安装在改进的波音 747 大型喷气式飞机上。它由四个激光器、先进的自适应光学器件、传感器和计算机组成，用于定位、跟踪和摧毁导弹。它是这样工作的：

1. 红外传感器检测助推导弹的热信号并将信息报告给主动跟踪激光器。
2. 主动跟踪激光跟踪导弹并报告相关跟踪信息（距离、速度、高度）。
3. 跟踪器照明器激光扫描目标并确定高能激光的最佳瞄准位置。
4. Beacon Illuminator Laser 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。
5. 自适应光学系统由可补偿大气湍流的可变形镜组成。安装在机头的炮塔装有一个 1.5 米的望远镜，作为光学系统的一部分。
6. COIL 激光器向目标发射兆瓦光束。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皮肤并使其失效或爆炸，具体取决于光束撞击的位置。

所有操作均由计算机协调。

空军目前正在测试 ABL，并表示其射程约为数百公里。ABL 完全投入使用后将需要六名机组人员，他们将佩戴特殊的护目镜，以保护他们的眼睛免受空气中水滴对光束的可能反射。

为 ABL 开发的高能激光器正在设计和开发用于陆地和海上。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。

非致命和个人激光武器

主动拒绝系统将毫米无线电频率指向目标并引起强烈的灼烧感。

照片由美国国防部提供

现在我们知道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过测试，很快就会投入使用。它被称为主动拒绝系统（ADS）。ADS 不是激光器，而是车载高能射频发生器和定向天线。内部的发生器产生 95 GHz毫米波。（毫米波的波长为 1 到 10 毫米，频率为 30 到 300 GHz。）定向天线聚焦毫米波并允许操作员指向波束。毫米光束穿透其路径中任何人的皮肤，深度为 1/64 英寸，大约是三张纸的厚度。像微波炉一样，光束的能量加热皮肤组织中的水分子并引起强烈的灼烧感。光束不会造成永久性伤害，因为它不会穿透很远，当一个人离开光束时，感觉就会消失（请参阅军用疼痛光束的工作原理）。

假设您可以暂时击晕或分散对手的注意力。空军已经开发出一种可以做到这一点的设备——人员停止和刺激响应(PHaSR)。PHaSR 包含两个低功率二极管激光器，一个是可见的，一个是红外的。它大约有步枪那么大，可以由一个人发射。激光暂时分散或“眩目”目标人而不致盲。

国防部还在开发其他可能暂时损害目标视力的光学干扰设备。

您不必成为科幻迷就想知道市场上是否有任何面向平民的个人激光武器。也许就像你在科幻节目中看到的那样？普通人可以购买或建造一个吗？一家名为 Information Unlimited 的公司在宣传一种激光射线枪。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。

人员停止和刺激反应 (PHaSR) 是一种步枪大小的激光武器系统，它使用两种非致命激光波长来威慑对手。

照片由柯特兰空军基地/美国空军提供

Information Unlimited 的激光射线枪是一种固态激光器，它使用闪光灯作为能量引物，使用钕玻璃棒作为激光介质。它的工作原理与激光工作原理中描述的红宝石激光非常相似。它需要 12 伏直流电源，由 AA电池提供。它以 3 焦耳的短脉冲发射 1.06 微米波长的红外光，总能量为 500 焦耳。光束通过准直透镜聚焦，使光束变直并使其平行。它被归类为危险的 IV 级激光，该公司声称它能够在大多数材料上烧孔（红外激光可以做这些事情）。所以你可能不想为你 9 岁的生日挑选一个。