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§第四节神光明亮胜太阳
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相传2200多年前,有一次,罗马战舰攻打希腊城池,战斗异常激烈。
在十分危急的时刻,科学家阿基米德献上一条妙计。
于是,国王按照阿基米德计策,命人连夜制造几个凹面反光镜,第二天,派人把这些凹面镜送到前沿阵地,让几名战士手持凹面镜,将太阳光集中反射到敌舰上。
那时候,战舰都是木制的,这“光武器”
一照射,确实奏效,高亮灼热的光束使敌舰燃烧起熊熊烈火,侵略者莫名其妙地葬身于大海之中了。
这不过是人们对光武器的一种幻想。
科学计算告诉我们:要烧毁1公里以外的敌舰,必须采用直径1千米以上的凹面镜或几千个相当大的凹面镜集中照射敌舰,而且要求那些凹面镜的反光能力极强。
在那科学技术不发达的古代,要以光武器摧毁敌方设施,是根本办不到的。
这样的目的,如今则能够达到了。
不过,不是采用凹面镜,而是采用强大的激光束。
今天的战争,战舰都是钢铁制造的,军事设施都是很厚的钢骨水泥建造的,没关系,都不在话下——强大的激光束,能够产生几千度、几万度的高温强热,光束照射到钢板或混凝土上,一眨眼工夫,钢板或水泥的被照射部位就会被熔融,甚至被烧掉!
激光有这样的威力,是因为它是一种亮度极高、能量易于集中和发射的光束,在现代人造光源中独占鳌头。
一般的人造光源,如白炽灯和日光灯,它们的亮度是很低的。
氙灯的亮度比普通的灯光要亮得多,一盏5万瓦的氙灯的亮度约为1000盏100瓦的普通白炽灯的亮度。
高压脉冲氙灯的亮度比太阳表面的亮度还要高几倍。
然而,这种氙灯在激光面前,还只能算是个“小不点儿”
。
平时,我们说太阳最亮,人的眼睛是不敢直视的。
但是,就目前来说,已有的激光器发射的光的亮度,比太阳表面的亮度要高几十万倍至几百亿倍!
如此高亮度的光束,具有极强大的力量,如果将这样的激光束会聚起来,便可以产生几万度甚至上百万度的高温高热,轻而易举地就穿透钢铁或其他坚硬的材料。
一般的人造光源,像白炽灯和日光灯,发出的光通常是向四周辐射的,能量是很分散的,不像激光器发出的激光那么定向,那么集中。
普通的灯光,即使采用光学方法加以集中,比如用凸透镜聚集起来,也只能聚集其中的一部分,而且还难于聚焦到极小的范围内,普通灯光不能聚焦到极小的范围内的原因有二:(1)一般的光源是有一定大小的发光体,如白炽灯泡的灯丝的直径、长度和形状大小,经过透镜形成一定大小的灯丝像;(2)一般的光源发出的光包含有多种波长,经过透镜聚焦时就如同经过三棱镜(凸透镜相当于两个尖顶向外、底对着底的棱镜),产生色散作用,各种不同波长的光经过凸透镜后在后边分别形成自己的像点,使聚焦后的光斑增大。
激光则不同,由于它的方向性好,输出的几乎是一束平行光,再经过凸透镜加以会聚,便几乎集中在一个点上,范围极小,在空间上具有亮度和能量的集中性。
例如,一个具有球状灯丝的灯泡,灯丝直径为7毫米,输出功率100瓦,在所有的方向上每秒发射的光能量都是100焦。
在离灯泡1米远处有一个直径和焦距都是5厘米的凸透镜,灯泡发出的光经过这个凸透镜聚焦,形成一个直径0.36毫米的圆形灯丝像,集中在灯丝像上的光能量为15.6毫焦,单位面积内的能量——能量密度为145毫焦毫米2。
另一个是小型的氦氖激光器输出的激光,波长为0.6328微米,最大功率为1毫瓦,即每秒发射的光能量约为1毫焦。
这种激光的光束直径约为1毫米,通过凸透镜可以使激光束聚焦在直径5微米的区域内。
这样,与聚焦前比,同样的激光能量便集中在四万分之一的小面积内。
因此,单位面积内的能量——能量密度等于聚焦前的40000倍。
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