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中国军方花巨资建世界最神秘激光器

2012-11-16 15:58:26    来源:西陆网    我来说两句()
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    对原子、分子的探测是物理化学研究的基础,但由于现有仪器设备的限制,大多数分子和自由基难以被单光子电离,使很多研究无法深入,成为困扰科研工作者的一大难题。


  一项旨在解决该难题的实验装置即将在我国建设。3月12日,总预算达1。4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50~150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。

 

  项目总负责人、中科院院士杨学明表示,该装置的研制将极大提升我国在能源等相关基础科学领域的实验水平,并极有希望成为国际上相关领域的一个重要研究基地。

 

自由电子激光器的工作波长越短,则技术难度越高。图为自由电子激光器的内部工作模拟图
 

自由电子激光器的工作波长越短,则技术难度越高。图为自由电子激光器的内部工作模拟图(资料图)

  强强联合

  项目负责人之一、中科院大连化物所研究员戴东旭介绍说,能源研究中,煤的热解等燃烧过程的中间产物往往以原子、分子、自由基的形式存在,这些微观粒子被电离为离子后才能变成电信号被测试到。因此,对微观粒子的高灵敏度、高时间分辨率和物种分辨的探测和研究至关重要。

 

  但是,大多数分子或自由基的激发电离波长都处于极紫外波段(50~150纳米),而传统激光器产生的基本波长一般在近紫外到近红外波段(300~1000纳米)。这造成了传统激光激发电离微观粒子需要吸收多个光子,其效率和灵敏度会呈几何量级的降低,并且容易把产物打碎。

 

  为解决该问题,科学家提出了利用自由电子激光产生极紫外波段相干光的技术。该技术被认为是探测微观粒子最有效的途径。自由电子激光的波长可涵盖从硬X射线到远红外的所有波段,特别是利用高增益谐波产生(HGHG)技术产生的自由电子激光具有超高峰值亮度、超快时间特性和良好的相干性,应用价值巨大。

 

  但该技术直到近十年才在实验中得到验证。其中,中科院上海应用物理所在几年前建设了我国第一个自由电子激光,并成功进行了相关实验。

 

  而在大连,一位在科研中多年受困于粒子探测难题的科学家坐不住了。他就是以自己研发仪器进行实验而著名的杨学明。杨学明找到上海应用物理所,希望双方能够合作开发新设备。

 

  上海方面通过经验积累后也意识到,有把握将自由电子激光的波长从200纳米降到150纳米以内,并实现波长可调。于是双方一拍即合,经过几年论证,在2011年联合申请了国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备专项。

 

    1月20日,上海应用物理所宣布:由该所研究员赵振堂领导的自由电子激光研究团队在国际上率先实现了HGHG自由电子激光大范围波长连续可调。

 


  “在这个项目中,大连化物所和上海应物所是完美结合。”戴东旭表示,上海光源的建成使上海应物所拥有了大科学工程的建设与管理经验,并掌握了大量的关键技术。

 

3月12日,总预算达1。4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。
 

3月12日,总预算达1。4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。(资料图)

  从“敢想”到“敢做”

  据戴东旭介绍,自由电子激光在进入21世纪之后才开始兴旺发展起来。目前,几家研发自由电子激光的相关单位各有所长,其中一些在波长等指标方面较为领先,技术难度很高,但还没有一家可实现波长可调。

 

  位于合肥的国家同步辐射实验室目前能提供国内真空紫外最好的实验条件,在过去曾协助杨学明课题组做出很好的实验成果。但同步辐射光源毕竟不是激光,在相干性、峰值功率和时间特性上尚存差异。

 

  针对这些问题,大连化物所从实际需求出发提出要求,上海应用物理所在设计中将目标瞄准解决实验中的实际问题。

 

  据悉,该项目的设备将主要由我国自主研发。“这项技术国外也处在发展阶段,有些特殊指标只能自己制造,从国外买设备也需要从头研制。”戴东旭说。

 

  在1。4亿元的项目总预算中,国家自然科学基金委资助1。03亿元用于自由电子激光和实验装置的研制,中科院大连化物所自筹约0。4亿元用于基建和公用设施。该项目的科学目标是研制一套基于HGHG模式的波长可调谐的极紫外相干光源以及利用这一性能优越的光源的实验装置。这也将成为世界上独特的相关基础科学问题的实验平台。

 

  据悉,目前经费已经到位,装置计划将于2015年年底前建成。而且会在全国实现仪器共享,可应用于物理、化学、生物、能源等多个领域。戴东旭说:“装置建成后,以前测不到的将能测到,以前不好的信号将变清晰,以前做不了的实验也敢做了。”(记者陈欢欢)

 

中国的激光技术领先吗?在国际阵营中处于什么位置?


  中国激光技术在国际上大体属于先进水平,与国内其他技术类似。当对手为全世界除中国以外的国家的时候:中国基本上没有多少激光技术是领先的。大多数激光领域领域我国都属于起步较晚,发展很快,正在追赶世界先进水平和达到世界先进水平之中。所以,对于有人说,他专业或他同学专业是激光的,读硕或者读博中,裤衩白得不能再白。那我告诉你,他的话绝对是真的。只是你别忘了,在这种比较中,中国科技人员等于是枪挑地球技术大联盟。大部分国家(欧洲),在整个激光上一般也就一两个门类领域有专长。你就是换这个世界上最能打外星人的美帝上,面对除美帝自己之外的地球技术大联盟。美国至少80%的激光领域不能说是最强的。

 

央视曝光中国激光武器神光三研制成功

央视曝光中国激光武器“神光三”研制成功

中国激光武器

中国激光武器

 

    如果把激光技术世界划为美、俄、欧、日、中5大区域。中国以前基本应该是排第4-5名。最近来看很可能已经到第3。我个人认为,几大技术集团中,美国当之无愧的最强,美国之外最强在欧洲,其次是俄日中。我认为中日现在正在争老三的位置。

 

  上述的比较是全部激光技术,包括民用工业激光、消费业激光产品(甚至包括激光核聚变)。本主题是讨论军用激光技术。那么中国军用激光技术现在在什么水平?

 

  目前来看,军用武器级激光技术的排序,基本是美、欧、中、俄、日。如果算单个国家,美国第一,中国恐怕现在已经是老二,即便现在不是,在5年里也必然是老二。而且中国极有可能在很短的时间里,在战术激光武器的实用化上,就领先美国。为什么,本文看完,大家就会有一个准确的认识。当然美国很强,中国只在几个技术领域点上有优势。美国在多个技术领域都有优势,整体水平都高。但是不得不说,美国的技术优势真是用钱烧出来的,不过看起来一些领域上的钱。美国是白烧了。

 

  关于俄罗斯,可以说俄罗斯继承的前苏联的优势真的很大。只是这十多年,感觉到俄罗斯除了老本还是老本。至于材料和电子强国日本。有些领域真的不错。但是由于军用激光器的一些特殊性。明显感到日本已经落后。

 

  中国激光技术有一些优势,比如光学晶体,武器级激光器大多和材料有关,比如稀土。现在的高能武器级激光器,核心的Nd:YAG、Nd:GGG、Yd:YAG等材料。都是稀土材料为关键特性的。有些技术也是中国的优势区,比如激光陶瓷材料、光学玻璃。在21世纪之前,中国的加工技术、晶体生长、材料分析、计算机技术还比较落后。中国的材料上有一些优势也利用不起来。只是光学初级产品的出口基地。但是随着时代的进步,技术随着国力的变强。今天中国的激光光学材料以及武器技术的周边成套的技术储备和支持(注意这个周边配套技术,稍后大家会明白是什么)。除了那个空前强大的美国,和“联合作战”并能获取美国武器技术套件的欧洲。我实在找不出理由,把任何一个单一国家放在中国之前。

 

中国激光武器震撼美俄,反导防御系统无敌于天下

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  激光武器是一种定向能武器,利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效。它是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、卫星和人员等目标的高技术新概念武器。激光武器具有攻击目标速度快、转移火力快(只需零点几杪)、效费比高,势将成为资讯战时代的重点武器装备。目前世界范围内,俄罗斯的理论研究处于领先地位,美国与以色列在激光武器应用中处于领先地位,只有中国悄无声息。但可以肯定的是,中国激光武器经过三十多年的研究,已经日趋成熟并将在今后战场上发挥越来越重要的作用。

 

央视曝光中国激光武器神光三研制成功
 

央视曝光中国激光武器“神光三”研制成功

 

 激光武器又被称为梦幻武器,从资料显示,目前只有美国有能力秘密研制这种梦幻武器。80年代美国的“星球大战”计划中,激光等新概念武器就被大量应用,美国在福克兰战争和波湾战争已得到初步实战验证,尤其是在拉克战争中美均已经试验了专门用于杀伤敌方防空和通信系统的智能电磁炸弹。最近俄罗斯国防部长谢尔久科夫宣布,计划在新的物理原则基础上研制新概念武器,如定向能武器、波能武器、基因武器、心理武器等。

 

  中国激光武器究竟有没有,网路上五花八门都有说,有说很厉害,又有称落后美俄几十年。其实,没有想象的那么厉害,但也没有落魄到如此地步。中国飞杪级超短超强激光装置早在1996年就由上海光机所研制成功,并通过验收,这标志著中国的激激光技术已经进入世界行列。目前超短超强激光场中的物质及行为研究,是国际上重大前沿研究项目之一,说中国如何强大确实过于牵强,应该说,目前中国使用的成熟激光武器仍是低功率的激光致盲武器,但这已足够让美国人感到胆战心惊了。90年代末,中国在一次国际防务展览会上,展出了ZM一XX手提激光干扰机,它能使敌人眼睛受伤或令其晕眩,能用光电仪器重创向己方瞄准或射击的敌人致盲,有效作用距离3公里,加上一个放大器后更可增至5公里,性能并不比美军差。

 

  机载近程激光防御系统,目前中国处在世界领先地位。原理为,首先用被动红外搜索跟踪装置探测在飞行的空空导弹排放的尾焰,粗略地测定目标位置,然后打开多光束激光照明器(通常采用二极管泵浦固体激光器,波长1。06μm)照亮来袭导弹弹体,这一由探测导弹尾焰转换成探测弹体的过程称硬弹体移交过程,并转换为激光照明器主动跟踪过程。再由高分辩率红外成像传感器精确确定导弹尾焰位置,从而转入跟踪恢复过程,与此同时,高分辨率红外传感器探测飞行中的导弹锥形头部,并使多光速激光信标器(通常也使用二极管泵浦固体激光器)瞄准该锥形头部测量反射的激光束,求得由于飞机振动、大气湍流和激光光学装置受热造成的光学畸变,然后将修正参数输入到自适应反射镜进行光学畸变修正,以补偿对激光散焦和瞄准精度造的影响。在完成自适应补偿后,发射数秒波长1。3μm氧碘化学激光器杀伤光束,摧毁目标的燃料箱。

 

  激光器的运用最为突出的要算中国的防空和反导防御系统,这也是目前世界上唯一能现实的激光武器。至于远程激光武器,预计在很长时间内仍将只是一种幻想,毕竟要制造这种结构紧凑、尺寸小、能量大、可靠性强的远程激光武器是一个相当困难的任务,而且其使用效率还会受到大气状况的严重制约。不过,笔者相信我们国家从来不缺人才,缺的一直是有效投入,只要有投入,肯定会制造出世界第一流的激光武器。

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责任编辑:李新园

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