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液體激光器挑戰(zhàn)光纖激光器 成為未來高能武器的基礎(chǔ)

激光制造網(wǎng) 來源:激光制造網(wǎng)2020-12-02 我要評論(0 )   

激光武器概念圖,真正的激光武器的紅外光束是不可見的盡管近年來取得了很大進展,但可以擊落飛機或?qū)椀膶嵱眉す馕淦魅匀贿b不可及,而一種新的液體激光器可能會讓這一...

激光武器概念圖,真正的激光武器的紅外光束是不可見的


盡管近年來取得了很大進展,但可以擊落飛機或?qū)椀膶嵱眉す馕淦魅匀贿b不可及,而一種新的液體激光器可能會讓這一天更快到來。


近年來,大部分努力都集中在高功率光纖激光器上。這些激光器使用特殊摻雜的光纖線圈放大激光束,最初用為工業(yè)切割和焊接而開發(fā)的。20多年前,美國開始利用光纖激光器開發(fā)電動固體激光武器,2013年,美國海軍在艦船上測試了30千瓦的光纖激光器。從那時起,光纖激光器能夠提供光學(xué)質(zhì)量出色的高能量光束,從而使光纖激光器在當(dāng)前的50至100千瓦級激光武器的現(xiàn)場試驗中占據(jù)主導(dǎo)地位。但現(xiàn)在,航空航天巨頭波音公司已經(jīng)與通用原子公司(GeneralAtomics,它也是在核聚變研究方面很有名的國防承包商)合作,挑戰(zhàn)達到250千瓦閾值的光纖激光器。有些人認(rèn)為,這將是未來幾代激光武器必不可少的,核導(dǎo)彈防御需要更高的激光功率。


開發(fā)出具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)來控制高能固態(tài)激光器的關(guān)鍵問題:尺寸,重量和功率,以及散發(fā)可能破壞激光器工作和光束質(zhì)量的廢熱問題。


“通用原子有幾個全新的想法,包括液體激光器?!惫靖笨偛眠~克·佩里(Mike Perry)在2016年的一次采訪中說。液體激光器類似于固態(tài)激光器,但它們使用的是一種冷卻液體,它通過與固體激光材料集成的通道流動。一個關(guān)鍵的技巧是確保冷卻液的折射率與固體激光材料的折射率完全一樣。液體和固體的完美匹配可以避免它們之間邊界的任何折射或反射。避免在冷卻液中的反射或折射,也需要使流體通過通道平穩(wěn)流動,以防止湍流。


該系統(tǒng)既緊湊又相對輕巧,這正是DARPA(美國國防部高級研究計劃局)想要將150 kW的激光安裝在戰(zhàn)斗機上的東西。目標(biāo)是一種重量僅為750公斤或僅為5公斤/千瓦輸出的設(shè)備。該項目經(jīng)歷了持續(xù)了十年的多個測試開發(fā)階段。在2015年,通用原子向新墨西哥州交付的HELLADS(高能液體激光區(qū)域防御系統(tǒng),等級為150 kW級),在靶場對軍事目標(biāo)進行實彈測試。當(dāng)時發(fā)布的一份新聞稿稱這臺激光保持了“激光輸出功率最高的世界紀(jì)錄”。當(dāng)時,通用原子公司將其描述為模塊化激光武器,每千瓦重四公斤。


分布式增益激光模塊組合在一起,可產(chǎn)生超過250千瓦的激光輸出


自那時以來,發(fā)展一直在繼續(xù)。一位發(fā)言人說,通用原子公司現(xiàn)在使用其第七代“分布式增益激光頭”,這些模塊可以組合在一起,從一個非常緊湊的封裝中產(chǎn)生超過250千瓦的激光輸出。過去兩年的改進提高了光束質(zhì)量,并具有連續(xù)或一系列脈沖發(fā)射高能光束的能力,為攻擊目標(biāo)提高更大的靈活性。


在此功率水平上保持良好的光束質(zhì)量非常重要。據(jù)稱,目前的光纖激光技術(shù)可以達到300千瓦,然而,這可能在一定程度上推高了不同光纖激光器在密集波長下發(fā)射的光束數(shù)目的上限,從而產(chǎn)生一束高質(zhì)量的高能激光束。


在波音與通用原子公司此次合作中,通用原子公司(GeneralAtomics)提供綜合熱管理設(shè)備和一個高密度、模塊化、高功率的鋰離子電池系統(tǒng),該系統(tǒng)可以存儲三兆焦耳的能量以及激光。波音公司將提供用于精確獲取和指向技術(shù)的光束導(dǎo)向器和軟件,該技術(shù)是波音公司為其他實驗性激光武器試驗臺開發(fā)和提供的,包括空軍的兆瓦級空降激光器,這是2014年廢棄的最后一款大型化學(xué)動力氣體激光器。

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