第四百九十八章 CSi纳米晶体
在文昌发射场和王院士等人讨论了半天,黄修远将替身机器人放在专门的护送车队中,人则退出虚拟系统。
汕美总部的第一科研区内。
他来到了155研究所的06实验室。
最近一段时间,黄修远一直在该实验室工作,这个实验室的研究项目是激光晶体,即固体激光。
国内在固体激光的研发中,其实是处于相对领先的地位,由陈创天院士研发的KBBF(氟代硼铍酸钾)晶体,是国内长期严控出口的特殊材料。
KBBF晶体是一种非线性光学晶体材料,可以将其他光波转变为深紫外光,在电子显微镜和光刻机上面,都有重要应用。
而黄修远,则打算研发一种未来非常重要的激光晶体——CSi纳米晶体,同样是国内一位未来的院士研发的,这种晶体是一种类似于KBBF晶体的材料,但两者又有一些区别。
KBBF专门用于激发167纳米波段的深紫外光,而CSi纳米晶体是专门用于激发远红外光的。
在激光武器上,通常不用可见光和短波,而多使用长波中的远红外光。
CSi纳米晶体就是专门为激光武器而生的,从CSi纳米晶体的名字上,就可以知道它的原材料,就是碳和硅,工艺则是纳米工艺。
从金纳米棒的近红外光高共振效应,就可以知道,同样的物质,金单质的无定形态和特殊纳米态,其对特定光波的共振效应,是有天壤之别的。
同样,普通的碳晶体、硅晶体,并不是一种优质的激光材料。
但通过纳米工艺的调整,黄修远重新排列了碳和硅的纳米结构,形成两种特殊的纳米结构。
一种是碳24分子,由上下两个12边型叠加完成,然后这种碳24分子,通过特殊工艺进行组合,形成一张碳分子薄膜。
另一种是将硅形成一个个三角形硅分子,这些三角硅必须具备一个特性,即三角形的三个内角,角度必须是27、54、99。
然后将三角硅填充到碳薄膜中,不断叠加碳薄膜厚度,直到薄膜厚度叠加到17毫米后,就可以作为固体激光的激发晶体使用。
为什么黄修远非常重视这种晶体,原因是因为这种晶体,不仅仅可以激发远红外光,CSi纳米晶体还有另一个优点,那就是电光转换效率极高,达到了惊人的%。
目前全球各地,在激光领域的研发中,各种类型的激光器电光转变效率,是参差不齐的,从1%到80%之间都有。
比如光纤激光器,掺镱半导体泵浦光纤激光器(泵浦波长980nm),比掺钕YAG二极管泵浦激光器(泵浦波长808nm)的量子亏损(即泵浦能量和发生能量之差)低。
光纤激光器的电光转换效率,通常为70%~80%;泵浦YAG仅约为4%;半导体泵浦YAG和盘形激光器,则约为40%左右;二氧化碳气体激光器的光电转换效率也仅为10%左右。
目前的激光武器,在远距离激光武器上,大多数以二氧化碳激光器为主,那10%左右的光电转换效率,就知道这种激光器的缺点了。
发射出去1千瓦的激光,就有9千瓦电能变成废热和线路损耗,而被浪费掉。
这不仅仅浪费了电能,也加大了供电难度,同时导致激光器功率难以提升。
CSi纳米晶体,其实就是固体激光器中的光纤激光器。
光纤激光器之所以有如此高的电光转换效率,那是由于激光始终被包含在光纤晶体内,因而激光腔内,不会存在其它导致激光损失的因素。
以前光纤激光器很难做成大型的,最多就是激光笔大小。
而CSi纳米晶体改变了这一个缺陷,可以制造得非常巨大,而且可以通过扩大面积,和加大CSi纳米晶体的厚度,实现输出功率的提升,提高激光的凝聚度。
黄修远眼前的实验台上,就陈列着一块圆柱体的CSi纳米晶体,半径为5厘米,长度则为10分米。
几个实验助手小心翼翼的拿着晶体,将这块晶体安装在提前准备好的激光器中。
激光器的其他供电线路,则采用了最近研发出来的零点超导体,在冷却系统将温度冷却到负五摄氏度后。
黄修远吩咐道:“准备启动激光器测试。”
“明白。”
实验室一侧的墙壁缓缓打开,露出一个测试场。
在研究员的操作下,测试场中升起一块靶子,上面标注:100m。
当研究员按下激光器的发射按钮时,三米多长的激光器中,一道无形无色的远红外光,直接命中靶子中心位置。
不到秒,厚度厘米的铁板靶子上,就出现一个拳头大小的烧熔洞口。
黄修远冷静的吩咐道:“更换靶材。”
“是。”
研究员也更换了一块木板靶子,又瞬间被激光穿透。
接下来他们尝试了玻璃、塑料、陶瓷、反光材料、复合材料之类,激光器通过调频,还是一一穿透了这些靶子。
然后是距离测试,测试出最远可以测试350米,这个距离对于远红外光激光器而言,简直是手到擒来。
黄修远估算了一下,按照目前的测试数据,这一款激光器在大气层内,应该可以实现500公里左右的快速击毁,至于具体射击距离,还需要进一步测试。
距离太远会出现散射,威力会逐渐下降。
当黄修远看中CSi纳米晶体的高转换效率,配合零点超导体后,整体能量利用率会非常高。
如果用二氧化碳激光器的电能,给CSi纳米晶体激光器供能,可以产生10倍左右的激光输出。
这种CSi纳米晶体的出现,在某种程度上,让激光器从科幻走进现实。
在大气层内部,还有体现不出全部优势,但是进入外太空,CSi纳米晶体激光器的高转换效率,就会发挥出最大的效果。
不仅仅可以应用在激光武器上,也可以用在航天器散热、离子发动机上。
超高的电光转换效率,可以将一部分废热转变成电能,然后再通过激光器发射出去,解决航天器低效的辐射散热问题。
航天器散热问题,也是激光器应用在外太空的难题。
如果用老式的二氧化碳激光器,90%的电能最后变成了废热,然后不断积累在航天器内部,导致航天器热过载,而出现严重问题,甚至可能直接导致航天器报废。
而高效的CSi纳米晶体,如果再加上温差发电系统,基本可以减少98%的激光废热,让激光器装备上外太空,成为可能。
同样,在离子发动机上,这种激光器中的相关技术,其实也是可以应用。
或者直接采用激光光帆推进器,也可以实现高比冲,让航天器在天空中不断加速。
CSi纳米晶体,就是这样一种多面手材料。
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汕美总部的第一科研区内。
他来到了155研究所的06实验室。
最近一段时间,黄修远一直在该实验室工作,这个实验室的研究项目是激光晶体,即固体激光。
国内在固体激光的研发中,其实是处于相对领先的地位,由陈创天院士研发的KBBF(氟代硼铍酸钾)晶体,是国内长期严控出口的特殊材料。
KBBF晶体是一种非线性光学晶体材料,可以将其他光波转变为深紫外光,在电子显微镜和光刻机上面,都有重要应用。
而黄修远,则打算研发一种未来非常重要的激光晶体——CSi纳米晶体,同样是国内一位未来的院士研发的,这种晶体是一种类似于KBBF晶体的材料,但两者又有一些区别。
KBBF专门用于激发167纳米波段的深紫外光,而CSi纳米晶体是专门用于激发远红外光的。
在激光武器上,通常不用可见光和短波,而多使用长波中的远红外光。
CSi纳米晶体就是专门为激光武器而生的,从CSi纳米晶体的名字上,就可以知道它的原材料,就是碳和硅,工艺则是纳米工艺。
从金纳米棒的近红外光高共振效应,就可以知道,同样的物质,金单质的无定形态和特殊纳米态,其对特定光波的共振效应,是有天壤之别的。
同样,普通的碳晶体、硅晶体,并不是一种优质的激光材料。
但通过纳米工艺的调整,黄修远重新排列了碳和硅的纳米结构,形成两种特殊的纳米结构。
一种是碳24分子,由上下两个12边型叠加完成,然后这种碳24分子,通过特殊工艺进行组合,形成一张碳分子薄膜。
另一种是将硅形成一个个三角形硅分子,这些三角硅必须具备一个特性,即三角形的三个内角,角度必须是27、54、99。
然后将三角硅填充到碳薄膜中,不断叠加碳薄膜厚度,直到薄膜厚度叠加到17毫米后,就可以作为固体激光的激发晶体使用。
为什么黄修远非常重视这种晶体,原因是因为这种晶体,不仅仅可以激发远红外光,CSi纳米晶体还有另一个优点,那就是电光转换效率极高,达到了惊人的%。
目前全球各地,在激光领域的研发中,各种类型的激光器电光转变效率,是参差不齐的,从1%到80%之间都有。
比如光纤激光器,掺镱半导体泵浦光纤激光器(泵浦波长980nm),比掺钕YAG二极管泵浦激光器(泵浦波长808nm)的量子亏损(即泵浦能量和发生能量之差)低。
光纤激光器的电光转换效率,通常为70%~80%;泵浦YAG仅约为4%;半导体泵浦YAG和盘形激光器,则约为40%左右;二氧化碳气体激光器的光电转换效率也仅为10%左右。
目前的激光武器,在远距离激光武器上,大多数以二氧化碳激光器为主,那10%左右的光电转换效率,就知道这种激光器的缺点了。
发射出去1千瓦的激光,就有9千瓦电能变成废热和线路损耗,而被浪费掉。
这不仅仅浪费了电能,也加大了供电难度,同时导致激光器功率难以提升。
CSi纳米晶体,其实就是固体激光器中的光纤激光器。
光纤激光器之所以有如此高的电光转换效率,那是由于激光始终被包含在光纤晶体内,因而激光腔内,不会存在其它导致激光损失的因素。
以前光纤激光器很难做成大型的,最多就是激光笔大小。
而CSi纳米晶体改变了这一个缺陷,可以制造得非常巨大,而且可以通过扩大面积,和加大CSi纳米晶体的厚度,实现输出功率的提升,提高激光的凝聚度。
黄修远眼前的实验台上,就陈列着一块圆柱体的CSi纳米晶体,半径为5厘米,长度则为10分米。
几个实验助手小心翼翼的拿着晶体,将这块晶体安装在提前准备好的激光器中。
激光器的其他供电线路,则采用了最近研发出来的零点超导体,在冷却系统将温度冷却到负五摄氏度后。
黄修远吩咐道:“准备启动激光器测试。”
“明白。”
实验室一侧的墙壁缓缓打开,露出一个测试场。
在研究员的操作下,测试场中升起一块靶子,上面标注:100m。
当研究员按下激光器的发射按钮时,三米多长的激光器中,一道无形无色的远红外光,直接命中靶子中心位置。
不到秒,厚度厘米的铁板靶子上,就出现一个拳头大小的烧熔洞口。
黄修远冷静的吩咐道:“更换靶材。”
“是。”
研究员也更换了一块木板靶子,又瞬间被激光穿透。
接下来他们尝试了玻璃、塑料、陶瓷、反光材料、复合材料之类,激光器通过调频,还是一一穿透了这些靶子。
然后是距离测试,测试出最远可以测试350米,这个距离对于远红外光激光器而言,简直是手到擒来。
黄修远估算了一下,按照目前的测试数据,这一款激光器在大气层内,应该可以实现500公里左右的快速击毁,至于具体射击距离,还需要进一步测试。
距离太远会出现散射,威力会逐渐下降。
当黄修远看中CSi纳米晶体的高转换效率,配合零点超导体后,整体能量利用率会非常高。
如果用二氧化碳激光器的电能,给CSi纳米晶体激光器供能,可以产生10倍左右的激光输出。
这种CSi纳米晶体的出现,在某种程度上,让激光器从科幻走进现实。
在大气层内部,还有体现不出全部优势,但是进入外太空,CSi纳米晶体激光器的高转换效率,就会发挥出最大的效果。
不仅仅可以应用在激光武器上,也可以用在航天器散热、离子发动机上。
超高的电光转换效率,可以将一部分废热转变成电能,然后再通过激光器发射出去,解决航天器低效的辐射散热问题。
航天器散热问题,也是激光器应用在外太空的难题。
如果用老式的二氧化碳激光器,90%的电能最后变成了废热,然后不断积累在航天器内部,导致航天器热过载,而出现严重问题,甚至可能直接导致航天器报废。
而高效的CSi纳米晶体,如果再加上温差发电系统,基本可以减少98%的激光废热,让激光器装备上外太空,成为可能。
同样,在离子发动机上,这种激光器中的相关技术,其实也是可以应用。
或者直接采用激光光帆推进器,也可以实现高比冲,让航天器在天空中不断加速。
CSi纳米晶体,就是这样一种多面手材料。
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