相傳2200多年前,有一次,羅馬戰艦攻打希臘城池,戰鬥異常激烈。在十分危急的時刻,科學家阿基米德獻上一條妙計。於是,國王按照阿基米德計策,命人連夜製造幾個凹麵反光鏡,第二天,派人把這些凹麵鏡送到前沿陣地,讓幾名戰士手持凹麵鏡,將太陽光集中反射到敵艦上。那時候,戰艦都是木製的,這“光武器”一照射,確實奏效,高亮灼熱的光束使敵艦燃燒起熊熊烈火,侵略者莫名其妙地葬身於大海之中了。

    這不過是人們對光武器的一種幻想。科學計算告訴我們:要燒毀1公裏以外的敵艦,必須采用直徑1千米以上的凹麵鏡或幾千個相當大的凹麵鏡集中照射敵艦,而且要求那些凹麵鏡的反光能力極強。在那科學技術不發達的古代,要以光武器摧毀敵方設施,是根本辦不到的。這樣的目的,如今則能夠達到了。不過,不是采用凹麵鏡,而是采用強大的激光束。今天的戰爭,戰艦都是鋼鐵製造的,軍事設施都是很厚的鋼骨水泥建造的,沒關係,都不在話下——強大的激光束,能夠產生幾千度、幾萬度的高溫強熱,光束照射到鋼板或混凝土上,一眨眼工夫,鋼板或水泥的被照射部位就會被熔融,甚至被燒掉!

    激光有這樣的威力,是因為它是一種亮度極高、能量易於集中和發射的光束,在現代人造光源中獨占鼇頭。

    一般的人造光源,如白熾燈和日光燈,它們的亮度是很低的。氙燈的亮度比普通的燈光要亮得多,一盞5萬瓦的氙燈的亮度約為1000盞100瓦的普通白熾燈的亮度。高壓脈衝氙燈的亮度比太陽表麵的亮度還要高幾倍。然而,這種氙燈在激光麵前,還隻能算是個“小不點兒”。平時,我們說太陽最亮,人的眼睛是不敢直視的。但是,就目前來說,已有的激光器發射的光的亮度,比太陽表麵的亮度要高幾十萬倍至幾百億倍!如此高亮度的光束,具有極強大的力量,如果將這樣的激光束會聚起來,便可以產生幾萬度甚至上百萬度的高溫高熱,輕而易舉地就穿透鋼鐵或其他堅硬的材料。

    一般的人造光源,像白熾燈和日光燈,發出的光通常是向四周輻射的,能量是很分散的,不像激光器發出的激光那麽定向,那麽集中。普通的燈光,即使采用光學方法加以集中,比如用凸透鏡聚集起來,也隻能聚集其中的一部分,而且還難於聚焦到極小的範圍內,普通燈光不能聚焦到極小的範圍內的原因有二:(1)一般的光源是有一定大小的發光體,如白熾燈泡的燈絲的直徑、長度和形狀大小,經過透鏡形成一定大小的燈絲像;(2)一般的光源發出的光包含有多種波長,經過透鏡聚焦時就如同經過三棱鏡(凸透鏡相當於兩個尖頂向外、底對著底的棱鏡),產生色散作用,各種不同波長的光經過凸透鏡後在後邊分別形成自己的像點,使聚焦後的光斑增大。激光則不同,由於它的方向性好,輸出的幾乎是一束平行光,再經過凸透鏡加以會聚,便幾乎集中在一個點上,範圍極小,在空間上具有亮度和能量的集中性。

    例如,一個具有球狀燈絲的燈泡,燈絲直徑為7毫米,輸出功率100瓦,在所有的方向上每秒發射的光能量都是100焦。在離燈泡1米遠處有一個直徑和焦距都是5厘米的凸透鏡,燈泡發出的光經過這個凸透鏡聚焦,形成一個直徑0.36毫米的圓形燈絲像,集中在燈絲像上的光能量為15.6毫焦,單位麵積內的能量——能量密度為145毫焦/毫米2.

    另一個是小型的氦氖激光器輸出的激光,波長為0.6328微米,最大功率為1毫瓦,即每秒發射的光能量約為1毫焦。這種激光的光束直徑約為1毫米,通過凸透鏡可以使激光束聚焦在直徑5微米的區域內。這樣,與聚焦前比,同樣的激光能量便集中在四萬分之一的小麵積內。因此,單位麵積內的能量——能量密度等於聚焦前的40000倍。這種小型的氦氖激光器輸出的激光,在聚焦以前,光能量密度為1.27毫焦/毫米2;在聚焦以後,光能量密度達到50900毫焦/毫米2.

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