我猜想,这可能是刘博士团队正在思考和解决的一个迫在眉睫的非常重要的问题,它直接触及了光启技术的核心优势和未来应用前景。
光启技术的超材料在理论上和特定应用场景下,对激光武器系统具有非常重要的潜在应用价值,但目前可能尚未成熟到作为激光武器的核心杀伤部件。
现在,我从几个方面来详细拆解这个大问题:
第一、超材料能为激光武器解决的关键问题
激光武器在实际应用中面临几个核心挑战,而超材料的独特性质恰好能针对性地解决这些问题:
1. 光束控制与整形
现有问题:传统的透镜和反射镜系统笨重、昂贵,且对像差和热变形敏感。激光束需要被精确聚焦、准直或塑形成特定形状(如平顶光束)以达到最佳效果。
光启超材料的应用:超表面可以对光波的相位、振幅和偏振进行前所未有的精密调控。通过设计超表面的纳米结构,可以制造出超薄、轻量化、可平面化的新型透镜(超透镜)和光束整形器。这能极大地简化激光武器光学系统的结构,提高其稳定性和指向精度。
2. 热管理与散热
现有问题:高能激光器会产生巨大的热量,如果不能有效散发,会导致光学元件热变形、效率下降甚至损坏。这是限制激光武器功率和持续作战能力的主要瓶颈。
光启超材料的应用:某些超材料结构可以被设计成具有极高的热辐射率,即它们能非常高效地将内部热量以红外辐射的形式散发出去。将其集成到激光器的散热系统中,可以显著提升散热效率。此外,超材料也可以用于制造辐射制冷器,在不消耗能量的情况下为系统降温。
3. 耐高温与抗损伤
现有问题:激光武器自身的光学系统,尤其是最后输出端的窗口/镜片,需要承受极高的能量密度,容易造成损伤。
光启超材料的应用:可以通过设计和选用新型耐高温材料(如碳化物、氮化物等)来构建超表面,理论上可以制造出更能承受高功率激光辐照的光学元件。
4. 隐身与防护
现有问题:激光武器平台本身也需要防护,避免被敌方的光电侦查系统发现,或者被低功率激光致盲。
光启超材料的应用:这是光启技术最成熟的领域。其研发的红外隐身超材料可以控制平台的红外辐射,使其在敌方的红外探测系统下“消失”。同样,也可以设计针对特定激光波段的超材料涂层,反射或吸收来袭的致盲激光,保护己方光学传感器。
第二,光启技术的超材料具体适用的环节
根据光启技术公开的资料和其技术特点,其超材料在激光武器系统中的适用性主要体现在以下环节,而非直接作为“激光产生器”:
1.光束控制系统:用超表面替代或补充传统光学元件,实现更轻、更紧凑、更智能的光束指向和聚焦。
2.热管理系统:开发高效散热涂层或结构,集成到激光器的冷却系统中。
3.平台隐身:为搭载激光武器的飞机、车辆、舰船提供红外隐身功能,提高生存能力。
4.传感器防护:保护激光武器自身的跟踪、瞄准传感器免受敌方激光干扰或致盲。
第三、挑战与现状
尽管前景广阔,但将超材料应用于高能激光武器仍面临巨大挑战:
1.功率耐受极限:这是最大的挑战。目前大多数超表面由金属或介质纳米结构组成,在面对兆瓦级连续波或高能脉冲激光时,其抗损伤阈值远远不够,很容易被烧毁。需要开发全新的、极其耐高温和抗激光损伤的超材料体系。
2.制造精度与尺度:用于可见光或近红外波段的超材料需要纳米级的加工精度,而激光武器的孔径通常较大。将纳米制造技术放大到实用尺寸,同时保持高性能和低成本,是一个巨大的工程难题。
3.系统集成:如何将超材料光学元件无缝集成到现有的复杂激光武器系统中,并保证其可靠性和稳定性,需要大量的测试和验证。
我们的光启超材料为激光武器系统的性能提升(如光束控制、散热、隐身)提供了极具潜力的技术路径,但它目前更可能作为激光武器的“赋能”和“增强”技术,而非直接作为产生高能激光的“核心”部件。
为了更直白一点表述,我打个比方:
传统的激光器好比一台高性能发动机,光启超材料则可以为其提供:
1.更高效的涡轮增压系统(光束控制,提升效率)
2.更先进的冷却系统(热管理,保障持续运行)
3.一身隐形涂装(平台隐身,提高生存能力)
因此,光启技术正在积极探索的超材料应用,与未来激光武器的发展方向是高度契合的。虽然距离制造出“全超材料激光炮”还很遥远,但其关键技术完全有可能在不久的将来,应用于下一代激光武器系统的关键子系统之中,那时——我估计也就三年以内,光启市值应该早已经突破万亿人民币了。
——20251015,周三,惠州西湖

配图: 惠州东江夜色