晶用军事|激光武器怎样才能击落导弹和运载火箭？引子在120年前的1898年

引子
在120年前的1898年，英格兰作家赫伯特·乔治·威尔斯（H.G.Wells）写了一部小说《世界大战》，书中描述了一种叫“死光”的武器，被它照射到的目标会立刻燃烧并被摧毁。后来，爱因斯坦发现原子可以受激发射光子产生激光，又之后，科学家们造出了激光器，这证明了威尔斯小说里的东西并不仅仅是幻想。
自1960年代以来，高能激光器在科学家和军火商的努力下一直在不断发展，各种以瞬间摧毁目标为目的的定向能试验层出不穷，由陆地到海洋到天空再到太空，激光武器越做越小巧，与此同时它的功率却在不断增大。
2020年5月16日，美国海军发布消息称，他们利用一台安装在“波特兰”号两栖运输舰(LPD-27,USSPortland)上的固态激光武器摧毁了一架低空飞行的无人机。

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激光武器击落无人机
由于“波特兰”号上的激光器光束功率达150kW ，有朋友对此表示担忧，询问当初长征7号运载火箭发射的过程中这艘美国军舰的位置，运载火箭会不会被激光击伤。我们今天就来分析一下舰载激光武器击毁运载火箭的可能性。
什么是激光？
大多数物质由原子组成，原子核的外层包围着电子云，每一个电子都有自己固定的能级（基态）。当原子接收到外界能量（光子或声子）时，能量会将电子往更高的能级推，这时候原子就处于高能量的激发态。处于激发态的原子是不稳定的，它会趋向于回到原来的基态，这时候跃迁到高能级的电子会向下衰减，同时向外发射一个光子。我们看到的大部分光就是电子“自激发射”产生出来的光子，这些光子的方向和相位都是随机的，所以灯泡在点亮之后四面八方都有光。

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电子自激发射产生光子
但是有些材料，比如红宝石或一定比例的氦氖混合气体等等，当它们受到一定频率光子照射时会激发出光子，而这些光子会在材料内部反射的过程中去激发其它原子，从而产生越来越多同样频率同样相位的光子，给它的照射能量越大，材料被激发产生的光子就越多。这些光子的频率相同、波形相同、相位也相同，所以它们的能量会叠加而不是损耗。当这些光子在材料两端平行的反射镜之间来回反射后，出来时就形成了颜色单一、并且能量与方向性都极强的激光。

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激光的产生
激光的能量取决于你输入给材料的能量，通常情况下这个能量的转化效率是10%（90%变成了热能），也就是说你要想得到150kW功率的激光束，需要的输入功率大约是1500kW ，它就是一电老虎。
激光的杀伤力
由于所有被激发出来的光子都沿着同一个方向发射出来，它的能量非常集中，也因此而获得杀伤力。
激光的杀伤力与光束的能量相关。一般而言，辐射功率不超过1毫瓦的II级激光可以使人眼感觉不舒服，但不至于造成损伤；而辐射功率在1~5mW的IIIA级中等功率激光器，类似于指示用的激光笔那种，就能对人的视网膜造成永久性灼伤；而指星笔属于IIIB级，它的光束可以点燃火柴或纸张；那些辐射功率大于500mW的就属于IV级大功率激光器了，它能轻易烧焦你的皮肤。

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指星笔能灼伤视网膜
如果光束的功率更高，达到20~50W ，我们可以利用它在30米开外截断手臂粗细的树枝。即便如此，这样的激光器在军事上的用途仍然十分有限，或许你能利用它击毁附近的大疆无人机，更多的事情它就干不了了。