转载自“新光电”微信公众平台
作者： 杨红、卢卫涛，西安应用光学研究所
自上世纪60年代初以来，美国和俄罗斯/前苏联（USSR）已经在为未来国防系统开发高能激光武器的道路上取得了长足的进步。在这方面的研发工作中已经投入了数十亿美元和卢布。数以百计的天才科学家和工程师们将自己毕生的心血献给了此项工作。他们取得了重大技术进步，成为令人瞩目的成功典范。
接下来，由小编带大家一起来了解一些高能激光器，了解其关键技术进展、发展历史和研究中遇到的一些困难，与大家探讨高能激光武器的根本技术优势和限制，以及影响历史的独特的社会、文化和政治环境。
创新思想转变成技术从而永远地改变人类生活方式的例子不胜枚举。高能激光器（HEL）武器是人类第一次想象一种技术、然后得到启发进而成功研发出该技术的案例。HEL通常是指平均功率超过100kW的设备。按照时间倒溯，HEL武器概念历史中的一些关键节点包括：1962年至2008年基恩·罗登贝瑞（Gene Roddenberry）的《星际迷航》（Star
Trek）电视剧；1960年休斯实验室（Hughes Laboratory）的西奥多·梅曼完成红宝石激光器演示验证；1957年哥伦比亚大学的戈登·古尔德（Gordon Gould）创造“激光”（受激辐射光放大）一词；1951年哥伦比亚大学的查尔斯·汤斯（Charles Townes）和莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴斯夫和亚历山大·普罗霍罗夫（Nikolai Basov and
Worlds）以及公元前212年最早的阿基米德热射线神话。其中，《星际迷航》和《世界战争》可能对美国军方领导人的思想产生了最大的影响，同样，由著名俄罗斯作家阿列克谢·尼古拉耶维奇·托尔斯泰在1926-
1927年间创作的科幻小说《加林死亡射线》也鼓舞着苏联在其未来的武器库中设想这种射线武器的潜在效用。先进武器装备的需求是受到了早期冷战环境的驱动。科幻小说激发了HEL武器的支持者和开发者乐观、兴奋而热情的健康心态。
根据俄罗斯解密后最近公布的信息，俄方面投资研发高能激光武器技术的时间比美国早。这方面的投资起始于1965年，在梅曼的红宝石激光演示之后仅仅几年。诺贝尔奖获得者巴斯夫和普罗霍罗夫主导了这方面的工作，而彼时美国正忙于开发更强大的火箭和日益复杂的洲际弹道导弹系统。对核弹头重新进入大气层阶段的防守（美国用的词汇是“末端防御”）被认为是俄国防部门丝毫看不到合理技术解决方案的软肋。美国一些导弹防御专家将“末端防御”称之为“棕色底裤防守”（brown
pants defense），因为这将是在核弹头引爆之前最后几秒钟内的最后一搏的防守，即便有解决方案也没有犯错的余地。近零飞行时间的激光武器具有摧毁目标的杀伤力，并为这一本来棘手的问题提供了独特而有吸引力的解决方案。从技术上来说，光子以光速到达目标，光子与目标之间的相互作用的时间就形成了杀伤力。
1965年，前苏联启动了Terra-3和欧米茄项目。显然，Terra-3是针对末端导弹防御的光束武器综合方案，而欧米茄则是陆基空防。巴斯夫从Terra-3项目伊始就发挥了技术领导作用，而普罗霍罗夫也在欧米茄项目中发挥了主导作用。
巴斯夫在寻求一种方法，通过在目标表面上进行高能脉冲激光烧蚀来破坏具有致命强度的反冲脉冲的来袭弹头。为了实现这一点，开展了两种并行的工作：开发了低束散角的高能单脉冲激光装置和高精度的目标捕获系统来寻找和跟踪目标。一定还有一种将光子传输到目标的光束控制系统的研发工作，但尚未披露与之相关的任何细节。该项目启动后不久，前苏联科学家开始相信，以当时的技术水平，采用单脉冲装置得到低束散角的高能量相干光子太过于乐观，也许现在也一样。巴斯夫采用了列别捷夫物理研究所的观点，首先找到生成高能光子的方法，然后再缩小光束的束散角。
随着爆炸性气体碘泵浦激光器的发展，高能激光器（HEL）设备开发工作中生成高能量光子的部分进展相当迅速，并于1969年在碘波长（1.315微米）上达到兆焦耳脉冲光子能量。脉冲长度变化范围在20微秒到超过150微秒之间，半束散角大约为5×10-3弧度。脉冲具有非高斯不规则光束强度轮廓。该装置不仅一个将会自毁的单次发射设备（在“棕色底裤防御”方面显然是可以容忍的），光束质量不够好，无法在有效距离范围内提供足够的能量密度。即使能提高光束质量，该波段的大气吸收也可能会阻断空气，产生等离子体路障，阻止光束到达目标。
该激光装置开发工作的另一部分（最初试图提高束散角的部分）是完成一些其他关键任务。受激拉曼散射（SRS）原理提供了一个潜在的解决方案，不仅能够提高光束束散角，而且能够解决爆炸性泵浦碘激光器的其他主要缺点：将波长从1.315微米转到约1.65微米，该波段存在低大气吸收窗口；将多束输入激光光束组合为一束相干输出光束。启动了代号为“加法器”（加法器）或“加法器-激光器”的项目，建立一台基于SRS的集所有功能于一体高功率多光束合成器、一台光束清洁器，和一台波长转换器。到1976年，该小组成功地开发出了“加法器”，将2到6束独立的激光束合成为一束100
KJ级的相干光束，波长为1.65微米，球面度亮度为1015至1016
W/cm2，束散角小于5×10-5弧度。据报道，100千焦“加法器”的光子-光子能量转换效率为40％左右。然而，在概念证明阶段，根据一项小规模的实验室的实验过程报告，获得了接近理论转换效率（80％）的成绩。其双镜光栅系统（DMRS）可能是实验中未呈现的部分光束能量浪费的原因。DMRS的外观有点类似于过去在美国主流行业使用的分节镜光束积分器，它从光束强度分布高度不规则的光源中产生顶帽形光束轮廓。然而，
DMRS也能够调节泵泵浦光束（输入光束），使“加法器”发挥最佳的功能。
研发激光器的同时，俄研发团队也开发了一种高精度的目标捕获系统，代号为LE-1。该系统是一种激光雷达系统，实际上在Vympel机械制造设计局启动Terra-3
之前，LE-1就已经开始研发了，旨在为激光光束指示系统提供高度精确的实时目标跟踪信息。它要求激光束连续脉冲速率足够高，并且每一脉冲的能量足够大，这样才能产生有意义的时间和空间分辨率，返回信号才能足够强。此外，还需要有容量足够大且计算能力足够强的计算机在跟踪期间处理连续的数据流。这在二十世纪六十年代中期是一项艰巨的任务。1967年成功建成并测试了一套单通道数控红宝石激光雷达样机。当时，红宝石激光技术还不够先进，无法利用单激光器开发出一个全尺寸系统。因此，苏联科学家选择采用192台独立红宝石激光器复用的多信道系统。每台的脉冲速率为10赫兹，脉冲能量为1焦耳。在二十世纪七十年代中期成功开发、测试并投产了一套用于太空目标跟踪的全尺寸系统。
彼时，Terra-3项目在最佳大气透射波长上获得一束光束质量足够高的100千焦级的激光脉冲，LE-1激光雷达系统将该光束引导到目标。激光脉冲能量不足以在核弹头再次进入大气层阶段将其销毁，但“加法器”技术能够根据需要尽可能多地将多束激光束合成，达到所需的任何脉冲能量水平。该爆炸性泵浦激光器在两次发射之间有太多的不便和干扰。所以用一种能使整个系统更稳健的放电系统取代了爆炸性泵浦系统。但是，很快就出现了一个有关杀伤力的错误的基本假设。预期的后坐冲量强度还不足以毁损再次进入大气层的核弹头。事实证明，脉冲长度相对较长的MJ级脉冲没有足以完成任务的能量。1978年，Terra-3项目的末端导弹防御部分正式宣布取消。
欧米茄项目在系统概念上采取了一条不同的路径。其作战环境也不同于Terra-3。该项目似乎是一个战术防空系统概念。普罗霍罗夫和他的团队从固态激光器着手，可能采用闪光灯泵浦为其供电。除了实验系统视图照片中的说明之外没有披露更多细节。该系统始建于1972年，代号X-1欧米茄。它包括96（4×24阵列）台独立100千焦脉冲钕玻璃激光器。根据说明，每个单独的激光器单元具有一个平整的×40毫米的二元钕玻璃激光模块。光束的控制通过激光雷达和精密束制导子系统辅助完成。该系统用一个带有电感储能线圈的500兆瓦磁流体动力脉冲能量源发生器来供电。最有意思的是，根据使面-空导弹弹头裂为碎片所需的典型总动能，建立并评估了一个10兆焦耳能量密度的杀伤通量要求。
七十年代初期，在莫斯科以东约200公里的一片茂密的森林中建设了一个2万人的小镇。该镇被称为Raduga（意为彩虹），它存在的唯一目的是测试高能激光器和激光系统。这与美国的高能激光系统试验设施（HELSTF）类似，当时是人类历史上唯一的高能激光武器镇，可能现在也仍然是，Raduga现在仍然是俄罗斯的高能激光测试中心。
显然，除了末端防御外，俄罗斯在HEL武器方面还作了其他工作，但尚未公开。过去已经公开了有关HF、DF、CO2、碘和固体激光器等方面的工作，如Raduga的平均功率达兆瓦级别的CO2激光器和莫斯科格拉纳HEL设计局的一台可达100kW的闪光灯泵浦固体激光器装置（现在闪光灯可能已被二极管取代）。2010年，彼得·扎鲁宾教授（Peter
Zarubin）发表了《激光武器，神话还是现实？苏联和全球的高功率激光器》。这本书仅在俄罗斯销售，并没有被翻译成英文。但扎鲁宾教授表示，这本书包含了苏联时代HEL武器的大部分解密信息，包括非导弹防御应用信息。
美国在HEL武器方面的研究工作比俄罗斯晚几年，1968年AVCO公司的艾德·盖瑞采用气体动力CO2激光器实现了100kW输出功率。表1总结了美国的高能激光武器验证项目。许多早期的概念证明工作源于七十年代初期高功率（10kW和100kW级）连续波CO2激光器的实现。从美国业界的观点来看，普·惠公司的迪克·马尔瑞迪记录了这些早期工作的故事，构建了相对耐久的气体动力CO2激光器，并将其提供给了大多数早期的验证项目。位于新墨西哥州阿尔伯克基的空军研究实验室（AFRL）定向能与航天运载技术委员会的历史学家罗伯特·达弗恩也在他的《机载激光—光子弹》一书中从美国空军的角度描述了早期的工作。有趣的是，这些都是针对短程空中威胁设计的战术应用。与苏联相反，美国在对抗硬核弹头的主要导弹防御应用方面没有获得太多支持，这也许是因为导弹再次进入大气层过程中，目标早已针对气动热采取了防护，而且在美国HEL行业，HEL被认为是热杀伤武器。这是根本不合适的。助推阶段猎杀是美国HEL武器针对对远程导弹威胁的主要推进力。在助推阶段，目标的尾焰明亮，很容易发现。这时目标集成于一体，处于最脆弱的时期。此外，如果/当在助推阶段将威胁击毁，包括弹头在内的残骸可能会落在攻击者自己的领土上。
关于美国HEL武器开发的一个最有趣的方面是每个军种和机构都在执行自己的计划，竞争非常激烈。每个军种和机构有自己独特的文化和研发管理风格。海军是第一个因为在10.6微米波长波段的海平面大气吸收较高而暂时放弃相对先进的CO2激光器的。海军和DARPA成功开发了100kW级DF激光器（海军-DARPA化学激光器，或NACL），加权平均波长为3.8微米，大气吸收比CO2波长低一个数量级。海军还开发了名为海军瞄准跟踪器（NPT）的一种70厘米孔径的光束控制系统。最初是开发与CO2激光器一起使用，但后来修改为与DF激光波长一起工作。1978年，NACl和NPT一起跟踪并在飞行中摧毁了陶式反坦克导弹（TOW）。该项目被命名为“海军联合现场测试计划”
（UNFTP）。当时，这是平均功率最高的美国HEL系统验证项目。之前的验证项目包括10kW（MTU）和100kW（项目DELTA）级CO2激光器，其中以无人机和航模为目标。
海军项目成为美国HEL研发的一个主要项目，启动了一个名为“SeaLite”的MW级全尺寸原型系统的研发项目。“SeaLite”的目的是要证明兆瓦级DF激光器在针对低空飞行的超音速巡航导弹进行船舶防护（航母和战斗舰队）时的能力。海军在应对苏联反舰巡航导弹不断提升的速度和机动性方面没有接近成功的很好的解决方案。海军在1980年开发出了兆瓦级的DF激光（中红外先进化学激光MIRACL），并于1984年在战术伺服基座上安装了输出镜孔径为180cm的光束控制子系统（“SeaLite”光束控制器或SLBD）。他们被转移到新墨西哥白沙导弹靶场（WSMR）的HELSTF项目中。“SeaLite”系统具有全尺寸组件和大量诊断系统来监视系统和系统组件的性能。“SeaLite”系统的集成用了两年，成为西方唯一的兆瓦级高能量激光器和控制系统综合装置。在2000年代末波音747飞机上的机载激光器（ABL）成功整合了兆瓦级氧碘化学激光器（COIL）和光束控制系统之前，它都保持着独特的地位。1985年，“SeaLite”开始进行针对静止和飞行目标的系统级诊断测试。
与此同时，美国空军成功地将普·惠公司的一台100kW级气体动力CO2激光器和一台60cm口径的机载指示和跟踪器（APT）系统集成到一架改型的KC-135军用飞机上。该系统被命名为“机载激光实验室”（ALL）。1983年，机载激光实验室在各种飞行配置下成功击落了AIM-9导弹和BQM-34无人机。这是美国空军及空军武器实验室长达十年的研发工作的胜利时刻。它使美国空军相信，未来真正有可能搭载HEL武器系统飞行。合适的高空HEL装置的研发工作取得了明显的成果。
美国高能激光器系统的验证总结
1986年，“SeaLite”系统第一次击落一架BQM-34无人机。三年后（1989年），该系统第一次在一个有战术意义的距离上击落在巡航导弹交叉轨道中超音速飞行的塔洛斯（Talos）导弹。“SeaLite”项目提前十年达到了最初的目标设定，并验证了其进行下一个步骤―将系统安装到海军军舰上的详细的工程设计―的技术准备。
1983年，战略防御倡议组织（SDIO）成立。许多尖端国防研发项目都从三军转移到SDIO项目总体计划下，并得到SDIO资助。作为在美国最大的HEL武器研发项目之一的“SeaLite”项目失去了海军资金支持，成为SDIO的HEL整体项目的一部分，虽然项目管理办公室仍留在海军。项目名称也相应地变更为“SkyLite”，因为SDIO的任务是天空的防护。根据SDIO的总体战略计划，“SkyLite”作为国防部唯一可用的兆瓦级综合激光器和光束控制系统，成了一个技术演示装置，虽然它在SDIO不断发展的总体防御体系中没有特殊作用。“SkyLite”项目在1989年击落了一枚超音速巡航导弹，解决了其中一个恼人的舰船防御问题，但因为它没有在天空防护方面有出色表现，所以这次没有被SDIO作为胜利的时刻。
同年，SDIO启动了自己的基于2.8微米波长HF激光的空间激光（SBL）防御项目。它的明确使命是助推阶段和中程防御。SDIO还启动了地基自由电子激光（GBFEL）项目、核泵浦激光器项目以及带电粒子和中性粒子项目。高频激光器采用的是海军已经成熟开发的同一种化学激光技术，但SBL是在太空中工作，大气吸收可以忽略，较短波长的小型光学系统具有重量方面的优势。如果当时1.315微米波长的COIL已经足够成熟的话，优势将更明显。
1989年，海军HEL武器系统原型表现出长期搜索能力的同一年，发生了一件不可思议的事，柏林墙倒塌了。两年后，几乎所有的美国防御战略的唯一假想敌——苏联解体了，SDIO针对苏联大规模袭击的天空防护战略显得不再那么紧迫了。SDIO及时启动了资助项目的优先级洗牌。它取消了1991年的SBL项目中的定向能部分，并于1993年将其更名为弹道导弹防御局（BMDO）。
海军开始重新思考“世界上没有苏联”这一背景下的海军战略。第一轮的想法是围绕独立海军舰队巡逻海岸，船舶没有常规的大型舰队一起航行，也不需要互相防守对方。这是蓝海海军设想棕色海岸防御海军的可能性的时刻。因此，船舶的自卫被视为一个关键的防御方案。为了衡量下一步在舰船上安装激光武器系统的价值，海军被激光武器的倡导者说服，开展了一系列针对径向来袭巡航导弹的舰艇自防御能力验证试验。这一工作是有意义的，作出舰船改装HEL武器的重大投资之前，需要解决常规舰船安装过程中的疑难问题。但自防御验证试验却未能摧毁来袭导弹，交战方案中很少或根本没有光束转换。激光束加热了光束指向器和目标之间的几乎停滞的空气柱，结果热晕使光束质量下将，致命的辐射无法传递到目标。大约20年前，美国海军已经选择了大气传输性能更好的DF激光器，但结果证明这种激光器并不适用于舰船自防御。这次失败促使海军HEL项目开始寻求一种大气传输性能更好的HEL装置。美国海军认为，自由电子激光器（FEL）是一种潜在的解决方案。它本身并不是一个典型的激光器，但能够生成单色光的相干光束，并且其波长基本上是可调的。此外，其之前的尺寸非常大，而且只验证到10
W。美国海军于1997年与托马斯·杰斐逊国家能源加速器设施部（杰斐逊实验室）合作启动了其海军FEL项目，在近红外线波段将输出功率放大到kW级，旨在开发尺寸和效率都满足舰船兼容要求的设备。同年，美国海军HEL武器研发项目办公室解散。两年后（1999年），美国海军FEL项目作为技术开发项目转移到海军研究实验室，并且在3.1微米波段实现超过170kW功率，最大尺寸达30米，但其电/光子能量转换效率远低于1％。
FEL被认为是HEL武器的最终候选激光设备。其可选波长可满足这一目的，光束质量本身非常好，实际上简直是超好，而且它是电动的，无需任何有害化学物质。美国海军通过30米能量回收循环的红外波段超导线性加速器成功地将功率提升到10kW级别。俄罗斯也采用室温直线加速器成功地将FEL提升至500W。该装置采用一个23m的能量回收循环在远红外波段工作。然而，自由电子激光器的波长可选择性受到线性加速器的能量水平的限制，功率/能量水平受到喷射器的电流密度的限制。一个高功率FEL的波长只在设计阶段具有可选择的自由度，并且一旦选择了波荡器，只有很窄的波长调整范围，除非系统采用多种波荡器。除非反射镜技术赶得上高辐射处理能力，或者FEL技术找到降低输出辐射水平的方法，否则，将FEL功率提升到超过10kW级别非常具有挑战性。此外，整体技术水平，尤其是高电流/高光束质量注射器，无法满足现今的工程提升工作。移动平台上的任何高功率FEL的概念带来的质疑不亚于当初ABL项目中在飞机安装一个兆瓦级COIL。
1989年，AFRL成功将COIL提升到100kW水平。美国空军曾有着大胆创新、自力更生的悠久历史，并严格支持自己的项目。1994年，SBL取消几年之后，由于COIL功率几笔的成功提升，空军研究实验室在BMDO的支持下推出ABL项目，之后获得导弹防御局（MDA）的支持。COIL功率提升到兆瓦级花了10年。之所以这么长时间不是因为缺乏技术能力，而是优先级不够。美国空军研究实验室正在不断扩大含有兆瓦级COIL的全规模ABL所需的技术基础，特别是研发相位共轭自适应光学系统、光束控制系统、轻量高功率光学系统、简化COIL技术及其子技术领域。在飞机上安装兆瓦级激光器和光束控制器确实是一个大胆的想法。业内很多人都相当怀疑能不能将所有这些技术安装到一架单波音747飞机上，但他们已经取得了稳步进展，并取得了突破性成果。
大约在AFRL和BMDO解散海军HEL项目并成立ABL之时，以色列的边境定居点和城镇正在饱受“喀秋莎”火箭炮的偷袭痛苦。对于这种攻击的防御时间是以分钟计时的。当时，以色列的兵工厂没有武器解决方案，所以在1996年，美国和以色列签订了一项协议，基于100kW级DF激光器开发合作型战术高能激光（THEL）武器系统样机，美国海军负责技术开发。该THEL系统在2001年成功击毁28枚“喀秋莎”火箭。
事实证明，该系统可以运输，但不一定能移动。该系统只有很小的可能或几乎没有可能打包安装到移动平台上。整个以色列边境需要许多设备来防御，但可运输的系统又产生了“需要防护的另一项资产”的问题。该系统的成本将达到数十亿美元。有人质疑花费数十亿美元打击防守成本低于500美元的火箭是不是一个明智之举。当以色列人开始寻求可能会更便宜、失败的风险也更低的动能解决方案时，THEL系统的未来就成了一个近乎永久性持有的模式。同时，以色列人和邻国阿拉伯人达成了政治解决方案，所以火箭发射炮偷袭的次数减少，这一问题就不再是优先级最高的问题了。美国陆军继续研究在移动平台上搭载100kW级激光器的系统，并将其命名为“移动战术高能激光器”（MTHEL），即移动THEL，用于各种针对空中和地面目标的交战任务。
该ABL项目于2004年被正式改为“导弹助推段防御项目”，并成为一项MDA项目。COIL于2005年迅速提升到兆瓦级。三大承包商都被授予合同：诺斯罗普·格鲁曼公司（原TRW公司）获得HEL子系统，洛克希德马丁公司获得光束控制子系统，主承包商波音公司获得飞机子系统以及系统控制和集成。全新技术应用在系统中实现花费了更长的时间，成本也比原先的估计多了不少。虽然成功将该系统集成到了波音747上，并论证了其击落导弹的能力，但由于进度持续下滑和成本超支，无法在国会寻求到足够的支持，难以继续获得资助。2011年，MDA搁置了ABL项目。
在60年代初，激光武器的想法开始是研发实验室的一个概念。美国和苏联花费数十亿美元和卢布将这一概念变成了原型武器系统，并希望永远地改变未来的战争。半个世纪过去了，还没有向士兵移交出一台高平均功率的激光武器。相反，它返回到了实验室。美国HEL行业似乎正集中能量致力于用约1微米波长来提升固态激光设备。俄罗斯也大抵如此。为什么？
人们对激光武器能力的期望和通过科学与工程能够实现的能力之间最明显的差距之一在于：杀伤力。在美国和苏联，光速传输的杀伤力是激光武器的一个首要卖点。《世界战争》与《星际迷航》中的鬼怪多年来鼓舞着人们作出有利于项目资助的决定。然而，现实是，杀伤力取决于激光在目标表面上产生的热效应。任何热效应都需要一定的时间来构建，这个时间比光子从输出孔径到目标的传输时间高几个数量级。从本质上来看，说到武器的功能性，这是一个“迅速然后等待”的命题。
另一方面，这一等待也可以是其他常规武器无法提供的作战维度。子弹和炸药在有限时间内到达目标，但是，一旦到达目标，他们不是命中就是丢失目标。命中质量决定了损伤的严重程度。武器操作员没有旋钮来控制命中质量。常规武器操作员可以根据命中质量决定跟踪开火的回合。通常情况下，常规武器射击学说（也许是）射击-观察-射击或者（也许是）射击-射击-观察-射击。我们必须在每一次跟踪射击时都有时间来评估武器的有效性。但对于激光武器，操作员有这样一个旋钮：光束在目标上停留的时间和激光功率将决定目标毁损的严重程度，而当目标被锁定后，这一点操作员是能够控制的。因此，没有必要等待观察是否锁定成功。当目的不一定是射杀时，在武器交战中这是特别重要的一个方面。我们的军队通常希望使目标失去效能，从而获得交战后对其进行研究的机会，而不是射杀它。这是军队或激光武器支持者尚未充分理解和利用的第三交战维度。激光武器并没有立即在目标处产生一个人们在于《星际迷航》看到的火球，但它在技术层面提供了一种更加具有军事意义的能力。也许这仍然是一个超前的想法，即使它仅仅是一个长距离火炬接力。
美国设计了HEL武器系统，并分别通过几种适用于特定的锁定方案的热效应能来实现杀伤力。从根本上来说，海军的HEL武器系统是基于激光诱导热消融实现其杀伤力的。它靠激光束来熔化和蒸发并穿透目标的蒙皮，无论何种热损伤，一旦光束侵入蒙皮之内，都能进入其内部，直到目标出现无法执行其目的的明显特征。当目标高速移动时，这种杀伤力方案工作性能最好，这种情况下烟雾和碎片会从光路中消失，将新的完好的部分暴露给光束。理想的目标是穿透超音速导弹。THEL系统基于弹头蒙皮加热，不是烧蚀和穿透蒙皮，并且使炸药自燃直至为密闭的蒙皮内达到自动爆燃温度，并导致压力容器爆炸。穿透蒙皮可能会导致爆炸物在容器内爆燃减压，其燃烧产物通过穿刺孔逸出。爆炸会继续燃烧下去，直到目标到达地面。剩下的炸药会在冲击地面时引爆，武器仍然会实现其部分目标。这种类型的杀伤力仅适用于炸药填充性弹头，这种弹头会在一段时间内将自身暴露给HEL武器；有足够长的时间自燃，自燃通常需要至少几秒钟。这种杀伤力项目非常适合速度相对缓慢的弹头；针对像“喀秋莎”一类的火箭炮是一种很好的匹配。ABL的杀伤力是热诱导杀伤的另一个实例。它依赖于金属容器的热诱导导致的箍应力失效。圆周上的不均匀分部以及局部加热会削弱金属容器，在圆周方向上产生张力。如果/当张力足够大，容器会解压并打开。显然，这对填充有液体的容器没有作用，液体会使局部受热分散，不太可能产生足够的张力。另一方面，如果该容器结构已经有压力，这将降低使其发生故障所需的激光诱导张力的大小。这样的状况发生在靠近远距离液体火箭的助推阶段末端。另外，火箭燃料容器结构在助推阶段会承受加速度导致的压缩应力。这使ABL成为远程导弹助推段杀伤的理想选择。
或许防御对策是HEL武器的未来，特别那些基于热诱导杀伤的激光武器，最关键的问题之一。如何既容易又廉价地进行激光防御？杀伤时间正比于的杀伤通量要求。针对激光攻击的对抗措施是威胁系统更快提升杀伤通量面临的一大问题，由于比激光武器更便宜，可能会增加给定杀伤时间窗口的功率等级。多年来，工科专家们在隔热系统方面进行了大量的实践，并有多种不同复杂程度的实例。更重要的是，热工程师也在像HEL武器界的科学家和工程师们一样创新并推动最先进技术大力向前发展。这仅指出一个事实，即HEL武器将无法幸免于未来的针锋相对的军备竞赛。
利用表面靶材快速蒸发产生的反冲力来锁定目标如何，就像苏联在其导弹防御激光系统Terra-3中的做法一样？这种想法接近常规武器的杀伤力，一维杀伤。也许这种方法更好，也更容易被理解，甚至与基于热杀伤方案相比，军队和支持者也能更好地理解该方案，因为它是一个熟悉的概念，瞬间粉碎目标。在目标处致命所需要的辐照水平与目标和激光之间的空气的等离子体阈值之间的差异推动了这一概念。空气与任何其他材料一样，也是一种容易受到激光诱导等离子体击穿的物质。根据空气中水的含量（潮湿和雨），击穿阈值分为几个数量级。一旦等离子体被激发，激光束将无法通过等离子体传播。在等离子体击穿点将会出现火球和冲击波，而不是在目标处。因此，致死所需辐照度必须比周围空气的等离子体阈值大得多，还需要足够高以诱导反冲脉冲毁损目标。美国曾针对人员的非致命应用提出类似的想法，通过激光脉冲引起的冲击波撞倒人。这个想法很快被驳回，因为在那个时候没有能够应用的脉冲能量足够大的人眼安全激光。也许现在仍然适用。当时的想法是将周围视觉范围内的人员击倒而非致盲。此外，那时候大气击穿辐照度和实现该目标所需的辐照度之差是没有大到足以吸引军方或警察。
从未证明HEL武器的杀伤力是可靠的。这可能是其未能获得军方和政治领导层的支持的关键软肋。另一方面，军方特别抗拒改变，虽然它也有在绝望的情况下采用异乎寻常的主意的悠久历史。用蒸汽机来驱动军舰的概念与帆船的倡导者经历了一个漫长而艰苦的斗争。雷达倡导者也不得不经过一个漫长而艰难的道路才被军事行动所接受。火箭/导弹与枪之间也是如此，还有其他许多新的想法如出一辙。在武器系统中，火炮、火箭、导弹、甚至是弓和箭都有其他设备难以执行的适合自身的任务领域。HEL武器也表现出没有其他哪种武器系统能够轻松完成的独特的能力。军方一定会确认其不会被现有的武器系统完成的未来的优势任务领域。就像被军方采用的所有其他新的武器一样，HEL武器可能将会执行自己的优势任务领域，提高整体军事能力，而不是替换现有的武器系统。它出现在HEL武器概念仍超越时代时，甚至在试图装备高能激光武器半个世纪后的时刻。
现在，HEL只有一个主要应用：武器。这不仅是因为自1960年以来的历史原因。与本文所讨论的激光武器不同，可能的非武器应用出现在想法制定阶段；射束能量推进、能源传送、空间碎片清理，以及其他方面。HEL技术是HEL武器的基础。在美国许多激光技术已经随时间发生演变。但是只有少数成为HEL，其中大部分是连续波（CW）激光器，具体地说，是二氧化碳（CO2）激光器、HF /
DF化学激光器和COIL。表2给出了美国主要HEL设备发展历史。
在最初，连续波或脉冲波CO2激光器都被认为是在美国电力HEL武器的候选设备，那时没有其他可选设备。在1973年DF激光器成功扩大规模后，CO2激光器由于大气传输性能弱，很快被放弃。然而，最具影响的研究采用的是CO2激光器。这是可用于此类研究工作的最经济的高功率激光器设备。到70年代中期，功率达千瓦级的1.06微米钕激光器上市销售。他们还被用在效果测试中，并提供在高辐射条件下波长对激光与材料相互作用的依赖作用的有价值的见解。但是，因为对眼睛有危害，他们从来没有被考虑用于露天激光武器系统。眼睛在可见光和近红外波段的非常低的能量水平条件下容易永久性失明。后向和前向散射光束和反射光束带来的附带损害是关注的主要问题。但是，CO2激光器和钕激光器在二十世纪七十年代和八十年代得到广泛的工业应用，目前他们已经是从电路板蚀刻、热处理到切割和焊接等全球产业化经营的重要组成部分。人们在不断寻找更多的激光器使我们的生活更美好。
从本质上讲，在军方决定军事作战中不能接受使用散装危险化学品之前，HF / DF和COIL被视为美国电动武器仅有的两项激光技术。当然，除了已通过几个世纪的大量研发工作使炸药和推进剂不那么灵敏，仍在继续寻找更多不灵敏的高能材料。甚至像汽油一类的挥发燃料和航空燃料也在前段时间更换为柴油和JP-5。这种情况使HEL武器行业没有给HEL系统供电的可行方案。氟化合物是在HF /
DF激光器技术的必要组成部分。用于COIL技术的过氧化氢溶液、氯气和碘蒸气也是如此。并非所有这些激光技术的化学品都对人类或环境无害。
美国科学家只剩电力供电固态激光技术的这一选择，该技术处于相对高级阶段，功率为千瓦到10千瓦水平，仍有很大提升空间。但是，几乎所有的都处于1微米波长附近，在眼睛最敏感的红外危险区域。该波段在通过大气传播的能力方面性能优异。其波长比化学激光器短，具有光学尺寸更小、在目标处的性能还更好的优点。在这些方面的巨大优势是不可否认的。二极管泵浦取代闪光灯泵浦提高了效率。尝试了将不同的稀土和基质材料相结合寻求更高的量子效率。尝试了不同的光纤配置方式。
所有这些工作的一个共同要素是一个功率/能量又高光束质量又好的发展战略。在生成低束散角的光束的过程中分离得到高功率/能量光子的想法在美国没有迎合人心。一些相干合成方法的研究已经被接受。然而，目前的趋势基本是从固体材料中尽可能多地挤出光子，同时将其制做成低束散角的光束。目前能够出现100
kW级设备完全是辛勤劳动和聪明才智的结果。但是，超过100kW级后，这一技术将如何可发展，或者甚至是它需要如何发展，目前尚不明确。
美国主要高能激光器设备的研发历史
目前的HEL设备和系统的研发工作区别于初期的一个显著特征是，信息几乎瞬间会公布于众。不仅是研发工作的结果，连行业和政府等的计划和想法一样。另一方面，大部分的信息不一定客观。人们需要有保留地看待从谷歌搜索获得的海量信息，很多时候是几倍之多。在当今的公开讨论或辩论中，萦绕在心头的人眼安全问题的讨论减弱了，但是这些问题曾是高功率激光器的主要关注点。目前，对武器冲突中的伤亡和附带损害的容忍水平达到历史最低，在未来市场普遍预期甚至还将更低。必须同时研究与这些激光器正向和后向散射相关的人眼安全的问题。超过人眼光学伤害波长的最短大气传播窗口大约为1.65微米。视网膜损伤定义了人眼光学危害。通常认为非视网膜损伤对人身有伤害。需要区分视网膜激光诱导光学损伤和对身体的任何部分的热损伤。从历史上看，剑、枪和炸药的伤害已经被认为是武装冲突中可能存在的风险，也是可接受的结果。但是，辐射损伤（包括光辐射）引起的视网膜损伤，被公众和国际社会监督组织视为禁忌。
从60年代初期以来，美国和苏联在HEL武器研发方面的工作产生了极大的科学和工程成就。但HEL武器的研发工作尚未成功地使军方除动能武器之外转向光束作战武器。冷战一结束，光速光束武器的兴奋情绪也似乎已经逐渐冷却。2008年，最后推出的最后一季《星际迷航》目前也很少在电视上重播。外星人入侵和太空探索已不再是科幻出版物热衷的主题。目前的HEL项目不太可能想过去一样从《星际迷航》和《世界战争》的幽灵中获益。美国科学家返回到实验室寻找适用于未来HEL武器发展的合适的HEL设备技术。现在，国防部实验室和承包商正在不时地尝试不同的潜在参与方案和验证工作，试图保持着兴趣。研发环境类似于美国20世纪70年代初的环境。如果验证工作专注于HEL武器的独特属性，使其从动能武器限制中脱颖而出的话，这将更加有效。
敌人已经由一个邪恶帝国变成恐怖分子。公众对伤亡和附带损害的容忍度处于历史低点。这种新的作战环境与旧环境相比，要求作战模式更加灵活。现在，区分敌友的困难性和和灵活的外科手术式打击能力推动了对武器的需求。HEL武器的锁定步骤从确定目标并通过高倍望远镜中选择目标瞄准点开始。其自然分等级累进的杀伤力以及固有的超精密打击能力和观察目标时的锁定能力是最显著的属性。这种优势为武交战提供了更复杂的方式，也许提供了未来HEL武器的的关键转折点。
HEL行业需要合适的HEL设备来进行工作。需要仔细重新考虑工程扩大化并使用近1微米波长的激光技术的优点。或许，美国科学家应该考虑苏联科学家的半个世纪以来的老观念，分离生成高能光子之后将其清洁，或仅在理想的波段将很多小的高效光束组合成一束HEL光束。
回复关键字，获取相关主题精选文章 关键字：人工智能 | 无人机 | 无人船 | 无人车 | 机器人 | 虚拟现实 | 脑机接口 | 神经芯片 | 智慧社会 |智能制造
其他主题文章陆续整理中，敬请期待······
