科技啟示錄2023.4.18---超短脉冲激光器

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美國國防部一直在研發一種新型激光武器——超短脈衝激光， 預計其威力是常規激光武器的100萬倍。 超短脈衝激光器產生持續不到十億分之一秒的光脈衝，使其能夠在幾分之一毫秒內產生一萬億瓦的能量水平。 這種激光武器有望成為未來戰場上的遊戲規則改變者。


Q:超短脈衝激光與常規激光武器有何區別？
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超短脈衝激光產生的光脈衝持續時間不到十億分之一秒，而傳統激光武器發射的是連續波激光。 此外，預計超短脈衝激光的威力是傳統激光武器的 100 萬倍。


Q:超短脈衝激光的威力有多大，為何能改變未來戰場的格局？
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預計超短脈衝激光的威力是傳統激光武器的 100 萬倍，能夠在幾分之一毫秒內產生 1 萬億瓦的能量水平。 這種功率水平使其成為未來戰場的遊戲規則改變者，因為它可以立即摧毀目標，例如無人機或導彈，其精度令人難以置信，並且不會對周圍地區造成附帶損害。 快速準確地消除威脅的能力可以為使用此類武器的軍隊帶來顯著優勢。


Q:美國國防部在開發激光武器方面的作用是什麼？
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美國國防部積極參與激光武器的開發。 他們正在資助和監督旨在開發先進激光技術（例如超短脈衝激光）的研究項目。 國防部的目標是通過開發可用於各種場景的尖端激光武器，領先於潛在對手並保持軍事優勢。 激光武器的發展被認為對美軍保護國家和美國在全球的利益至關重要。


Q:超短脈衝激光可以應用在何種行業
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超短脈衝激光可以應用在以下行業：
1. 工業製造：用於金屬、礦石、玻璃、鋼鐵等多種材料的切割、焊接和測距等過程中，尤其在微米加工過程中，超短脈衝激光可以提高尺寸的精度、減小誤差和降低加工過程的附加損害。
2. 醫療：應用於眼科手術、皮膚整形、白化病治療等。
3. 科學研究：用於研究光電子、物理化學、超快動力學等。
4. 防衛軍事：應用於軍事目標標定、無人機攔截、人工智能、雷達反制等方面，並且被認為將成為未來戰場上的關鍵性因素。


0:00 美国的国防科技界流传这样一种说法 0:03 激光武器是一种未来武器 0:05 并且永远都是 激光武器作为一项颠覆性的技术 0:09 一直被寄予厚望 0:10 也被视为是未来战场上的武器霸主 0:13 其中作为军事强国的美国 此番也准备大展身手 0:17 美军则正在研制迄今为止世界上最强大的激光武器 0:21 据悉 这种激光武器一旦被研发出来 0:24 预计会比常规激光武器的功率强大100万倍 0:27 这么神秘的武器是什么呢 0:29 人们称之为是激光武器中的激光武器 0:32 超短脉冲激光器 0:34 看到这里如果 你喜欢我们的视频 请点个赞吧 0:37 或许这听起来很像是科幻电影 0:39 因为超短脉冲激光器所产生的脉冲速度之快 0:43 和强度之大前所未见 工作原理 0:45 现在就让我们先来仔细看看这种激光是如何工作的 0:49 超短脉冲激光器所产生的脉冲光是小于1纳秒的 0:52 超短脉冲光 0:54 即1/10亿秒的脉冲光 0:56 因此被称为超短脉冲光 0:58 利用超短脉冲光制作而成的激光武器 1:01 其对目标的破坏力无疑是十分惊人的 1:04 因为它能在1/1000万亿秒内 1:06 发射出1万亿瓦的能量 1:09 要知道 我们常见的一些军用激光武器所发射的 1:12 是一种连续波激光 1:14 然后将其聚焦在目标的一个点上进行加热 1:17 并需要保持一定的时间 1:19 直到目标受热融化 或者引发攻击目标的爆炸 1:23 在这个等待激光束给目标造成损害的时间 1:26 称为停留时间 这个停留时间通常是几秒钟 1:29 然而超短脉冲激光器则完全不同 1:32 它是在超短时间内发射出高强度的能量脉冲 1:35 利用持续时间换取功率 1:38 超短脉冲光具有太瓦量级的高峰值功率 1:41 能发射一太瓦 1:42 200飞秒长的激光能量 1太瓦是1万亿瓦 1:46 所以一飞秒也就相当于1/1万亿秒 1:49 这样的峰值强度是连续波激光器的10亿倍 1:53 且这些能量不会衍射或分散 1:55 使它们比一般的激光系统发射的能量 1:58 要来得更加致命 軍用平臺超短脈衝戰術激光器 2:00 正是看到了超短脉冲激光这独一无二的优势 2:03 所以美军才希望能利用短脉冲激光 2:05 研发出一款强大的新式激光武器 2:08 军用平台超短脉冲战术激光器 2:11 在一定的强度下 2:12 激光脉冲会在空中产生的强大磁场 2:15 从而改变空气的性质 将空气本身变成透镜 2:19 在空气中产生非线性效应 重新聚集光束 2:22 而不是在传播时散射 从而形成自聚焦光脉冲 2:27 这些自聚焦脉冲也被称为孤子 2:29 与千瓦级的连续波激光相比 2:32 超短脉冲激光极具军用价值 2:34 超短脉冲激光非常强烈 当它的温度快速上升后 2:38 能够让目标的表面直接蒸发 2:40 而并非是对其进行融化或者燃烧 2:43 这一过程也可以称为是消融 2:46 此外 超短激光脉冲的强度还可以加速 2:48 电子从撞击点向外加速 2:51 这样的快速运动会产生强大的电磁脉冲 2:55 当它击中一些金属目标时 2:57 激光脉冲会加速电子 这些电子的强度 2:59 足以对附近所有的电子设备进行干扰和破坏 3:03 或者使对方系统的传感器失明 3:06 所以如果能将超短脉冲激光制成激光武器 3:09 并作为防空反导利器应用于战场上 3:12 其产生的强大电磁脉冲对于打击快速移动的 3:16 小型无人机 导弹等空中目标非常有效果 3:19 同时还能利用脉冲破坏对方技术信号 3:22 摧毁电子设备系统 使得对方战斗人员致盲 3:26 且它们的脉冲持续时间短 脉冲能量低 3:30 由于这一特性 超短脉冲激光器有能力在恶劣天气 3:34 高湍流大气条件下运行 3:36 所以也难怪 超短脉冲激光能被美军这样重视 3:40 一旦军用平台超短脉冲战术激光器被研制成功 3:43 届时美军又将如虎添翼 3:46 常规的炮击炮 火弹炮 导弹无人机等等 3:49 将难以对美军构成威胁 3:51 这种新型激光器的另一项先进技术是它能使激光 3:55 能够调整其自身的光束 以补偿大气失真 3:59 进而确保其在长距离上保持聚焦和精确 4:02 这在温度条件变化很大的领域尤其有用 4:05 空军的新激光器同样能够调节其波长 4:08 同样能够针对不同的情况优化其性能 4:11 例如 它延续其波长以匹配特定材料的光谱吸收 4:16 从而使大气吸收的能量最小化 4:18 这反过来又有助于它在长距离上保持其强度 4:22 超短脉冲激光器还可以产生多个光束 4:25 这种先进的激光能够同时瞄准多个威胁目标 4:29 是十分有效的防御工具 4:31 虽然单光束和多光束模式 4:33 超短脉冲激光器具有高水平的准确性和精度 4:36 但美国空军还在其美国激光技术中 4:39 安装了光束扫描模式功能 4:41 当配置在这种高功率模式下时 4:44 激光可以快速扫描一个区域 4:46 并在短时间内瞄准多个威胁目标 冷卻系統 4:49 但与任何高能武器一样 4:51 这种高度先进的激光会产生大量热量 4:54 其产生的热量足以破坏系统 从而降低其效力 4:57 因此这种武器系统同样配备了 5:00 强大而先进的冷却系统 5:02 以确保其继续以最高效率运行 5:04 超短脉冲激光器冷却系统 5:06 结合了空气和液体冷却技术 5:09 用以消除系统中的热量 5:11 空气冷却使用风扇来循环激光器组件周围的空气 5:15 而液体冷却则使用特殊的冷却剂 5:18 以将热量从激光器转移走 5:21 空军的最新激光器同样能够根据其产生的热量 5:24 调整其冷却水平 5:26 这进一步允许系统运行 5:27 并且最大效率也节省了能量 控製系統 5:30 但这种激光器最先进的功能是其先进的控制系统 5:34 战术超暗脉冲激光器配备了先进的控制系统 5:38 使其能够远程自动操作 5:40 超短脉冲激光器控制系统由多个部件组成 5:44 这些部件协同工作 5:45 以确保激光器始终以最佳水平运行 5:48 包括激光能量控制系统 5:50 光束质量控制系统 和光束指向控制系统 5:54 激光能量控制系统负责调节 5:56 通过激光传输的能量 确保其始终在所需范围内 6:00 该系统还监控激光器的温度 6:03 以确保其不会过热或过冷 从而影响其性能 6:06 另一方面 光束通过其质量控制系统 6:09 可以维持激光束的质量 确保其始终聚焦和稳定 6:13 该系统能够检测光束中的任何偏差 6:16 并进行实时调整以保持其质量 6:19 最后光束指向控制系统负责确保 6:22 激光束始终指向所需方向 6:24 该系统使用各种传感器和算法 6:27 来持续跟踪激光的位置和方向 6:29 并根据需要进行调整 以使其保持在目标上 6:33 不过由于诸多技术难题的限制 6:36 即便美国军用平台超短脉冲战术激光器研制成功 6:40 短时间之内也难以得到大规模应用 民用方向 6:42 由于超短脉冲激光高精度的特性 6:45 它只被用于军事领域显然就有些屈才了 6:48 它还可以被用于金属 矿石 玻璃 6:52 钢铁等多种材料的切割 用于焊接 融化 测距 6:56 钻孔工艺等等 6:57 尤其是在微米加工过程中 7:00 使用超短脉冲激光的好处就是 提高了尺寸的精度 7:03 减小了误差 7:04 降低了一些加工过程中造成的附加损害 7:07 比如 利用传统方式对金刚石进行切割时 7:11 金刚石在切割过程中总会不受控制 7:14 难以避免的发生一些裂纹 7:16 产生大于10微米的碎屑 7:18 在边缘留下锯齿状的小凸起 7:21 于是才会有后续的研磨 抛光等一系列步骤 7:25 相比之下 超短脉冲激光却可以有效避免这些情况 7:29 在切割过程中没有机械力的参与 7:31 没有热扩散 一步到位 切割到要求的规格 7:35 形成干净 精确的切割 7:37 所以在切割过后 也不需要进行研磨和抛光 7:40 节约了时间和经济成本 7:42 如今在手机 汽车和医疗设备等制造行业 7:46 超短脉冲激光也成为了一种理想工具 7:49 你是怎么看的呢 7:50 欢迎小伙伴们跟我们留言分享 7:53 如果你想继续了解更多更有意思的内容 7:55 欢迎继续锁定我们的频道 支持和订阅科技启示录 7:59 感谢你的观看 我们下期见