2011年5月3日 星期二

1K-17激光坦克

1K17 Szhatie 戰場激光系統,剛完成2輛原型車就隨著蘇聯帝國的崩潰而煙消雲散。如今被打入冷宮,棲身博物館安度晚年。

2010年捷克的“ATM”雜誌第五期對1K-17激光坦克的想象圖
早在20世紀70年代至80年代早期,整個西方世界都興高採烈地沉浸在好萊塢科幻電影“星際大戰”中各式各樣的航天戰船,激光武器的夢想之中。而在鐵幕的另一側,前蘇聯軍工研究部門卻認認真真地在研發宇宙飛船、空間站以及激光坦克。

要研制出激光坦克卻是一件十分艱巨的任務,使精密的光電觀察系統能在戰場嚴酷的氣候及戰鬥環境下長期可靠地運行本身就是一樁十分矛盾和棘手的事。由于當時的蘇聯當局對此項研究高度保密,所以西方世界只能對其進行猜測。為此,西方情報係統高度重視收集1K-17激光坦克的情報,最終美國情報機構獲得了它的照片,並呈報到對此極感興趣的美國國防部。



據說最早的研究任務是由研究天體物理的NGO承擔的,項目主任是伊戈爾‧V 匹茨英(Igor V. Ptitsyn),總設計師是尼古拉耶‧烏斯季諾夫(Nikolay Ustinov)由于後者的父親就是當時蘇聯的國防部長德米特裏‧烏斯季諾夫(Dmitri Ustinov)。由于有怎樣過硬的背景,這個項目組在財力、人力和器材等各方面都得到充分地支持。這時離CDB重組進NGO已經四年了。

西方“蘇聯軍事力量”一書中就1K-17在阿富汗作戰提出的想象圖
廢棄在垃圾場的1K-11

這是後來設計的新型號的激光坦克1K-17

博物館中的1K17

















雷射  维基百科,自由的百科全書
美軍使用雷射器(可能是氬離子雷射器)的實驗
雷射通用警告標誌

美國NIF國家點火設施。意圖用多束雷射集中高溫產生可控核融合
雷射(英語:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,縮寫為LASER,或laser),是指窄幅頻率的光輻射線,通過受激輻射放大和必要的反饋共振,產生準直、單色、相干的光束的過程及儀器。基本上,產生雷射需要「共振結構」、「增益介質」及「激發來源」這三個要素。

歷史
愛因斯坦在1930年代描述了原子的受激輻射。在此之後人們很長時間都在猜測,這個現象可否被用來加強光場,因為前提是介質必須存在著群數反轉(或譯居量反轉)的狀態。在一個二級系統中,這是不可能的。人們首先想到用三級系統,而且計算證實了輻射的穩定性。
1958年,美國科學家肖洛(Schawlow)和湯斯(Townes)發現了一種神奇的現象:當他們將氖光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象,他們提出了"雷射原理",即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時,都會產生這種不發散的強光--雷射。他們為此發表了重要論文,並獲得1964年的諾貝爾物理學獎。
肖洛和湯斯的研究成果發表之後,各國科學家紛紛提出各種實驗方案,但都未獲成功。1960年5月16日,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷射,這是人類有史以來獲得的第一束雷射,梅曼因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的科學家。

1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生,梅曼的方案是,利用一個高強閃光燈管,來刺激紅寶石。由於紅寶石其實在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉,所以當紅寶石受到刺激時,就會發出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鑽一個孔,使紅光可以從這個孔溢出,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使其達到比太陽表面還高的溫度。
前蘇聯科學家尼古拉·巴索夫於1960年發明了半導體雷射器。半導體雷射器的結構通常由p層、n層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是:尺寸小、p合效率高、響應速度快、波長和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調製、相干性好。

在1980年代後期,半導體技術使得更高效而耐用的半導體雷射二極體成為可能,這些在小功率的CD和DVD光碟機和光纖數據線中得到使用。
在1990年代,高功率的雷射激發原理得到實現,比如片狀雷射和纖維雷射。後者由於新的加工技術和20kW的高功率不斷地被應用到材料加工領域中,從而部分的替代了CO2雷射和Nd:YAG-雷射。
2000年代,雷射的非線性得到利用,來製造X射線脈衝(來跟蹤原子內部的過程);另一方面,藍光和紫外線雷射二極體已經開始進入市場。在2009年,中國研製出一種名為氟代硼鈹酸鉀(KBBF)的晶體,可用於激發深紫外線雷射,一旦成功應用,可令每片光碟的容量超過1TB,亦使半導體上可儲存的電路密度大幅提高[1]。
現在,雷射器已成為工業、通訊、科學及電子娛樂中的重要設備。

原理
主要部件
1.活躍雷射介質
2.光泵浦能量
3.高反射率反射鏡
4.輸出功率耦合器
5.雷射光束

從星火光程實驗室射向空中一點處的三條綠色雷射束。
受激輻射
電子的運動狀態可以分為不同的能級,電子從高能級向低能級躍遷時,會釋放出相應能量的電磁波(所謂自發輻射)。一般的發光體中,這些電子釋放光子的動作是隨機的,所釋放出的光子也沒有相同的特性,例如鎢絲燈發出的光。

當外加能量以電場、光子、化學等方式注入到一個能級系統並為之吸收的話,會導致電子從低能級向高能級躍遷(所謂受激吸收),當自發輻射產生的光子碰到這些因外加能量而躍上高能級的電子時,這些高能級的電子會因受誘導而遷到低能級並釋放出光子(所謂受激輻射),受激輻射的所有光學特性跟原來的自發輻射包括:頻率、相位、前進方向等會是一樣的,這些受激輻射的光子碰到其他因外加能量而躍上高能級的電子時,又會再產更多同樣的光子,最後光的強度越來越大(即光線被放大了),而與一般的光不同的是所有的光子都有相同的頻率、相位、前進方向。

要做到光放大,就要產生一個高能級電子比低能量級電子數目多的環境,即群數反轉,這樣才有機會讓高能級電子碰上光子來釋放新的光子,而不是隨機釋放。
一般雷射發產生器有三個基本要素:
「激發來源」(pumping source):把能量供給低能級的電子,激發使其成為高能級電子,能量供給的方式有電苛放電、光子、化學作用…。
「增益介質」(gain medium):被激發、釋放光子的電子所在的物質,其物理特性會影響所產生雷射的波長等特性。
「共振腔」(optical cavity/optical resonator):是兩面互相平行的鏡子,一面全反射,一面半反射。作用是把光線在反射鏡間來回反射,目的是使被激發的光經過增益介質多次以得到足夠的放大,當放大到可以穿透半反射鏡時,雷射便從半反射鏡發射出去。因此,此半反鏡也被稱為輸出耦合鏡(output coupler)。兩鏡面之間的距離也對輸出的雷射波長有著選擇作用,只有在在兩鏡間的距離能產生共振的波長才能產生雷射。

群數反轉(population inversion)
在一個二級系統中,一個電子自低能級向高能級躍遷和自高能級向低能級躍遷的機率是一樣的。為了達到光放大的作用,在高能級必須有更多的電子,使得受激輻射發生的機率更高。這個狀態稱為佔據逆轉。出於這個原因,所以以光子激發的二級系統是無法實現雷射的,所以雷射一般是以通過三級系統和四級系統得到實現。在三級系統中,電子受激躍遷到高能級後,便很快轉為亞穩態。由此雷射媒介被激發為高能態,佔據逆轉得到實現。

「激光」的中文一詞的來歷
1960年7月7日,美國科學家梅曼(Theodore Harold Maiman)發明了第一台雷射器,1961年,中國大陸第一台雷射器在中科院長春光機所研製成功。但當時中國並沒有激光一詞,中國科學界對它(英文Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation縮寫為LASER)的翻譯多種多樣,例如「光的受激輻射放大器」、「光量子放大器」這些名字顯然太長,不利於稱呼。還有一些音譯,如「萊塞」或者「鐳射」。

命名的混亂給科學界、教育界帶來極大的不便,1964年冬天,中國全國第三屆光量子放大器學術報告會在上海召開,這次會議的一項重要議程,就是研究並通過對幾個專有名詞的統一命名。會議召開前,《光受激發射情報》雜誌編輯部給中國著名科學家錢學森寫了一封信,請他給Laser取一個中文名字。不久,錢學森就回信給編輯部,建議命名為「激光」。這一名字體現了光的本質、又描述了這類光和傳統光的不同,即「激」體現了受激發生,激發態等意義。這一名稱提交到第三次光量子放大器學術報告會討論,受到了與會者的一致贊同。從此中國大陸對Laser這一年輕的新生事物有了統一而有意義的漢語名稱。

分類
雷射器的分類有很多方式,例如按照工作狀態、工作物質的種類、輸出波長的波段、輸出雷射波長是否可以調節、雷射器的用途等特點分類


連續雷射器
地理用雷射測量器
按安全標準分
等級I:本質上安全,不需特別的安全措施;例子:雷射裝置被密封的雷射印表機。
等級II:安全,針對可見光規定的等級;例子:功率小於1mW的可視連續雷射。
等級IIIa:稍微危險,使用光學系統進行光束內觀察很危險;例子:功率1~5mW的可視連續雷射。
等級IIIb:相當危險,直接觀察光束內部是危險的;例子:功率5~500mW的可視連續雷射。
等級IV:非常危險,有燒傷皮膚丶引發火災的危險;例子:功率大於500mW的可視連續雷射。

按工作狀態分
連續雷射器
脈衝雷射器
調Q(輸出脈寬可以達到奈秒級別)
電光調Q
聲光調Q
染料調Q
鎖模(輸出脈寬可以壓縮到飛秒級別)

按工作物質分
根據產生雷射的媒質,可以把雷射器分為液體雷射器、氣體雷射器和固體雷射器等。而現在最常見的半導體雷射器算是固體雷射器的一種。

氣體雷射器
雷射點(650nm, 532nm, 405nm)
介質是氣體的雷射器,此種雷射器通過放電得到激發。
氦氖雷射器:最重要的紅光放射源(632.8 nm)。
二氧化碳雷射器:波長約10.6 μm(紅外線),重要的工業雷射。
一氧化碳雷射器:波長約6-8 μm(紅外線),只在冷卻的條件下工作。
氮氣雷射器:337.1 nm (紫外線)。
氬離子雷射器:具有多個波長,457.9 nm (8%)、476.5 nm (12%)、488.0 nm (20%)、496.5 nm (12%)、501.7 nm (5%)、514.5 nm (43%)(由藍光到綠光)。
氦鎘雷射器:最重要的藍光(442nm)和近紫外雷射源(325nm)。
氪離子雷射器:具有多個波長,350.7nm、356.4nm、476.2nm、482.5nm、520.6nm、530.9nm、586.2nm、647.1nm (最強)、676.4nm、752.5nm、799.3nm (從藍光到深紅光)。

氧離子雷射器
氙離子雷射器
混合氣體雷射器:不含純氣體,而是幾種氣體的混合物(一般為氬、氪等)。
準分子雷射器:比如KrF (248 nm)、XeF (351-353 nm)、ArF (193 nm)、XeCl (308 nm)、F2 (157 nm) (均為紫外線)。

金屬蒸汽雷射器:比如銅蒸汽雷射器,波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性,可以不用諧振鏡。
金屬鹵化物雷射器:比如溴化銅雷射器,波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性,可以不用諧振鏡。
化學激發雷射器是一種特殊的形式。激發通過媒介中的化學反應來進行。媒介是一次性的,使用後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領域是非常理想的。

鹽酸雷射器  碘雷射器  固體雷射器
雷射束(650nm, 532nm, 405nm)

介質是固體的雷射器,此種工作物質通過燈、半導體雷射器陣列、其他雷射器光照泵浦得到激發。熱透鏡效應是大多數固體雷射器的一項缺陷。
紅寶石雷射器:世界上第一台雷射器,1960年7月7日,美國青年科學家梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生,這台雷射器就是紅寶石雷射器。
Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石):最常用的固體雷射器,工作波長一般為1064nm,這一波長為四能級系統,還有其他能級可以輸出其他波長的雷射。
Nd:YVO4(摻釹釩酸釔):低功率應用最廣泛的固體雷射器,工作波長一般為1064nm,可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產生532nm的雷射器。
Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石):適用於高功率輸出,這種材料的碟片雷射器在雷射工業加工領域有很強優勢。
鈦藍寶石雷射器:具有較寬的波長調節範圍(670nm~1200nm)

構成
雷射器大多由激發系統、雷射物質和光學諧振腔三部分組成。激發系統就是產生光能、電能或化學能的裝置。目前使用的激發手段,主要有光照、通電或化學反應等。雷射物質是能夠產生雷射的物質,如紅寶石、鈹玻璃、氖氣、半導體、有機染料等。光學諧振腔的作用,是用來加強輸出雷射的亮度,調節和選定雷射的波長和方向等。

應用
雷射應用很廣泛,主要有光纖通信、雷射光譜、雷射測距、雷射雷達、雷射切割、雷射武器、雷射唱片、雷射指示器、雷射美容、雷射掃瞄、雷射滅蚊器等等。

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好像太長了齁~偶只是想佐證1K-17激光坦克素可行武器系統  不素唬爛滴~
ㄚ素梭~剛看到1K-17偶也素覺得唬爛滴梭
  等資訊收集完畢才知素可成之武器

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