Особое мнение: Про лазерный лохотрон

Тема обсуждалась ранее: http://aftershock.news/?q=node/24321

Приводилась ссылка на одноименную тему в ЖЖ "Про лазерный лохотрон": http://gosh100.livejournal.com/31709.html

Автор темы утверждает, что "«боевые лазеры» - это не более чем беспрецедентный лохотрон". С таким выводом автора не совсем согласен. 

Немного вводных понятий и формул.

Основными свойствами лазерного луча являеются его монохроматичность и когерентность. 

Академик Н.Г.Басов следующим образом описывал принципы работы лазера и его основные достоинства: «Лазер — это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля — лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние. Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии, уже сегодня превышающую плотность энергии ядерного взрыва. Наконец, лазерный луч является самым емким носителем информации и в этой роли — принципиально новым средством ее передачи и обработки».

Основные свойства лазерного излучения:

1. Излучение лазера (для идеального случая - вакуум) расходится по закону дифракции, а именно углом = длина волны/диаметр пучка: 

d = (-D + (D^2 - 9,76 * L * λ)^0,5)/(-2) (м)
D = d + (2,44 * L * λ)/d

где,
α = 1,22 λ/d, где α - угол расхождения (радиан),
 λ - длина волны света;
 d - исходный диаметр луча; 
 1,22 - коэффициент, зависящий от формы апертуры (выходного) отверстия. К=1,22 - для круглого сеччения.

 2. Лазерное излучение, обладающее свойством когерентности, теоретически может быть сфокусировано в пятно диаметром, равным длине волны.

3. Лазерное излучение в виде плоской волны, имеющее пространственную и временную когерентность, можно направить на большое расстояние с очень малыми потерями.

Рассмотрим более подробно на примерах, что представляет из себя закон дифракции. Автор темы "Про лазерный лохотрон" утверждает:

Увы! Здесь вступает в силу непреодолимый физически закон дифракции, который гласит –излучение лазера всегда расходится с углом = длина волны/диаметр пучка. На дистанциях порядка метров его можно не учитывать. А дальше?

Если мы возьмем конкретно боевой инфракрасный лазер с длиной волны 2 мкм (на такой длине работают боевые лазеры THEL и т.п.) и диаметр пучка 1 см, то мы получим угол расхождения 0.2 миллирадиана (это очень маленькое расхождение – например, обычные лазерные указки/дальномеры расходятся на 5 миллирадиан и больше).

Расхождение 0.2 мрад. на дистанции 100 метров увеличит диаметр пятна с 1 см до примерно 3 см (если кто еще помнит школьную геометрию). То есть плотность воздействия упадет пропорционально площади в 7 раз всего лишь на 100 метрах.

 Вроде бы верные утверждения, не придраться, но при внимательном рассмотрении можно обнаружить, что автор по непонятным причинам упускает из виду понятие апертура луча. Если по простому и на пальцах, то его диаметр. Поясню на 2-х примерах. 

Пример 2. Исходные данные:

- апертура луча 5 мм;

- длина пути прохождения луча 200 км;

- длина волны (для кислород-йодного лазера) 1315 нм

Результаты расчета: на расстоянии 200 км лазерный луч рассеивается в пределах дифракционного предела на 64 метра.

Пример 2. Исходные данные:

- апертура луча 500 мм (0,5 м);

- длина пути прохождения луча 200 км;

- длина волны (для кислород-йодного лазера) 1315 нм

  Результаты расчета: на расстоянии 200 км лазерный луч рассеивается в пределах дифракционного предела на 64 см.

Расчеты показали, что 

если диаметр лазерного луча 1 метр, то рассеивание  - 32 см.

если 1,5 метра, то всего - 20 см.

Вывод: чем больше изначальная апертура лазерного излучения, тем меньше его рассеивание.

Конечно, данные расчеты сделаны для идеального случая, когда лазерный луч распространяется в вакууме. В воздухе на рассеивание луча влияют многие факторы, основным из которых являются пары воды. Проводимые опыты показали, что наименьшее влияние воздуха на рассеивание луча проявляются при его длине волны равной 1315 нм, которую можно получить на химических лазерах, а если более конкретно, но на кислородо-йодных лазерах.

Данные лазеры обладают еще несколькими полезными свойствами. У них самый высокий КПД (около 20%) и они позволяют создать продолжительный импульс лазерного излучения (около 10 сек.) 

 Именно поэтому наши наземные лазерные установки (программа - "Терра-3") имели такие большие диаметры:

http://topwar.ru/9918-programma-terra-3-kompleks-5n76.html

ТТХ ВФДЛ:          ФО-32           ФО-21             Ф-1200
Диаметр лазера 500 мм        1300 мм         не менее 1300 мм 

 И в США военные ученые также шли на увеличение диаметра апертуры луча

.

А если учитывать факт того, что американцы научились эффективно фокусировать лазерный луч

 то применение лазера в качестве оружия не столь уж и отдаленная реальность.