人工宝石与激光武器的发展

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人工宝石与激光武器的发展
中国人工宝石五十年（之五）

第09版：论坛（会展）　　加入时间：2007-8-27 14:32:29　　□ 沈才卿

　　国家的国防安全需要，以及军事工业发展的需要不仅催生了人工宝石新品种的开发，也是我国人工宝石产业五十年来发展壮大的主要因素之一。
　　响尾蛇导弹的窗口材料用的是人造钛酸锶，于是我们用焰熔法研究并生产出了这个人工宝石，在国产人工宝石的宝库中增加了一个新品种，也为焰熔法生产人工宝石的设备得到了提高和扩大，并且在以后的新型导弹研制中，对人工宝石提出了新的要求，逼使人工宝石的科技人员进行科研攻关，满足国防和军事工业发展的需要，人们采用熔体提拉法生产出了高质量的激光用人工宝石晶体。可见，国防安全的需要和军事工业发展的需要确实是壮大我国人工宝石产业的主要因素之一。激光武器的发展对人工宝石的要求和对人工宝石的发展也是一个特例。
　　激光武器是当今世界上发展最快的先进武器之一，世界各国都在加快研究最新的激光武器。据报道，俄罗斯在20世纪末，可用激光炮穿透8厘米厚的装甲，现在的战斗激光炮可以轻松摧毁飞行中的火箭弹，他们的目标是能摧毁小口径炮弹、小尺寸炸弹和导弹，这样，打飞机、直升飞机和其它比较大的飞行器就不在话下了。美国和以色列发展激光武器比较早，现在已把激光炮装配在战车和飞机上，还计划装配到航天器上，以色列用激光武器打下导弹的事曾有报道。我国的激光武器也有了相当的发展，已有用激光武器打飞机的报道。除此之外，有些报道还猜测激光武器是打人造卫星的最佳选择，因此，激光武器处在进一步开发和迅猛发展之中。
　　激光为什么能作武器用呢？这就要我们对激光的特点有一个基本的了解了。
　　激光是一种颜色很纯、能量高度集中的光。通常我们把光的颜色很纯称为单色性好，把能量高度集中称为亮度高。激光的单色性很好，比目前最好的单色光源——氪灯好上万倍；激光的亮度极高，据报道比太阳表面的亮度可以高1010倍；而且，激光的方向性很好，几乎是一束平行的光束。由于以上的特性，激光可以在百分之几毫米的范围内产生几百万度的高温、几百万个大气压、每厘米几千万伏的强电埸，能在千分之几秒甚至更短的时间内使一些难熔物质熔解以致气化。由此可见，激光只是一种单色性很好、能量很高的光，激光也可以看成是20世纪60年代初出现的一种新颖光源。
　　激光的上述特点，在国防建设上可有以下的应用：（1）激光可以用作雷达，精确地测量目标的方位、距离和速度，对卫星、导弹等目标进行精密跟踪，甚至能显示目标的形状来，这是普通雷达所望尘莫及的；（2）由于激光的频率高，而且光束发散角小，因此，可以用作保密通讯和大信息远距离的宇宙通信；（3）利用激光还可以制成激光陀螺，它是火箭、飞船等飞行器导航的重要仪器；（4）如果进一步提高激光的能量，就可用激光来摧毁进犯的敌方导弹或飞机。
　　激光炮打飞机、打导弹或打人造卫星，并不像普通子弹或炮弹那样靠炸药爆炸杀人、炸坦克或炸飞机，而是利用其单色光的准确性瞄准目标、用高能量击中目标中的人，使人失去战斗力或者死亡；击中目标（如飞机、导弹、人造卫星等）的仪器设备，使其不能工作或者被破坏而失去运动方向，从而坠毁。
　　激光武器的激光是怎样产生的呢？靠人工宝石晶体。天然宝石晶体的缺陷比较多，不适宜作激光晶体，人工宝石晶体质量高适合作激光晶体。晶体产生激光有三个条件：（1）过渡族化学元素存在（如红宝石中的铬），这些元素的原子在静电埸的作用下，外层电子产生能级分裂，处于基态－－“激发态”能级，这样的轨道不止一条而是有多条，此时，存在一条中间“激发态”能级；（2）电子仃留在基态－－“激发态”能级上的时间很短，而仃留在中间“激发态”能级上的时间很长，激光材料有很多很多这样的原子存在，这就使整个激光材料中间“激发态”能级上大量积聚电子。当电子数超过基态能级的电子数时，称为“粒子数反转”，处于“粒子数反转”状态的激光材料，可以产生雪崩式的光放大作用，这是形成激光的基本条件；（3）外来一束光子不仅能激发基态能级上的电子，同时会提供能量给中间“激发态”能级上的电子，促使大量中间“激发态”能级上的电子迅速返回基态能级，出现大量光子。在激光材料的二头加两块相互平行的反射镜，称为“光学共振腔”，这样，在激光器内传播方向与反射镜垂直的光，在介质中来回被反射，“受激辐射”强度越来越大，使大量的发光粒子相互关联地向着一个方向发光，这一过程使光不断地得到放大，并且越来越强，以至“受激辐射”强度大大地超过了“自发辐射”强度，若我们把其中一块反射镜的中心2%做成可以透过光的，此时即有大量的光射出，这就是激光及其产生的原理。
　　我国于1972年首次生产出了激光用的人工宝石，与人造钛酸锶一样是自然界中没有的，叫作人造钇铝榴石（YAG）和人造钆镓榴石(GGG)。随着国防和军事工业发展的需要，以后发展了别的人工宝石品种（见图a、b、c、）。
　　综上所述，国家的国防需要发展激光武器，激光武器必需要激光用晶体，这类激光晶体都是在人工宝石生产的设备上生产的，是激光晶体，也是人工宝石。通常达不到激光晶体质量要求的次级品，常常被用在人工宝石市场上，是相当漂亮的。由此可见人工宝石的发展与国家的国防工业、军事工业的发展是紧密联系的。

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