九、技术应用

光学激光器引领信息革命

撰文 亚瑟•L•肖洛(Arthur L. Schawlow)

1981年诺贝尔物理学奖得主，本文刊登于1961年6月《科学美国人》

至少半个世纪以来，通信工程师都梦想拥有一种设备，能像产生无线电波那样高效、精确地产生光波。一个普通白炽灯泡辐射出的电磁波的纯度，同无线电波发生器产生的电磁波相比，简直有天壤之别。电磁振荡器产生的无线电波的波长，限制在很窄的电磁波波段，“噪音”很低，可以用作信号载波。相反，所有传统光源基本上就是“噪音”源，除非以最粗略、原始的方式用作信号，这类光源几乎不适合做任何事。然而就在去年，随着光学激光器的出现，精确控制光波的产生成为可能。

虽然光学激光器只是刚刚出现，但它们已经产生了极高强度且高度定向的光束。与来自其他光源的光束相比，这种光束的单色性要好得多。

光学激光器是全新的光源，需要一些想象力才能预测它的潜在应用。当然，信息传递是最显而易见的应用，这个方向的应用获得的关注也最多。虽然自古代以来，人类都在使用光线来传递信号，但由于自然光源的强度很弱，“噪音”很大，使它的应用受到了限制。我们可以把普通光束看做一种纯净的、均匀的载波，只是光源里的那些一个个原子会随机发出光脉冲，变成“噪音”。但光学激光器能够提供几乎理想的均匀波，除了人工加入的信号外，没有任何噪音。

如果能找到合适的调制方法，相干光波(频率、振动方向和相位差都相同的两列波)应该能够携带海量信息。因为光的频率很高，即使在可见光范围内一个很窄的波段里，一秒钟也会包含数量巨大的振荡周期。光波能传递的信息量与每秒的周期数成 正比，因此也同波段宽度成比例。在传播电视信号时，载波带有的信号具有400万个周期的有效频宽。一个光学微波激射束完全能够携带一个频率(或者说频宽)为1000亿个周期的信号。当然，前提是能找到生成这种信号的途径。具有这一频率的信号能够携带的信息量，相当于现在所有无线电通信频道的总和。必须承认，没有光束能够很好的穿透雾、雨或雪，因此想要在实际的通信系统中应用，光束必须被封闭在管道里。

十、拦截导弹

撰文 汉斯•A•贝蒂(Hans A. Bethe)，理查德•L•加温(Richard L. Garwin)，库尔特•戈特弗里德(Kurt Gottfried)，亨利•W•肯德尔(Henry W. Kendall)

1967年诺贝尔物理学奖得主(贝蒂)，1990年诺贝尔物理学奖得主(肯德尔)

本文刊登于1984年10月《科学美国人》

去年，美国总统罗纳德•里根在电视演讲里，号召全美科学界“给予我们新技术，放弃这些老旧无用的核武器”，表达了对技术革命的渴望，希望新技术的出现，能让美国有能力“在战略弹道导弹落到我们或者盟国的土地上之前，对导弹实施拦截。”

有能够消除核灭绝威胁的弹道导弹防御系统吗?

我们对弹道导弹防御系统前景的分析，将集中在助推阶段的拦截上。

助推阶段的拦截需要许多非武器的设备原件。我们通过探测助推器喷出的火焰，提供早期的攻击预警。在确定来袭导弹的数量、运行轨迹及其型号(有可能的话)之后，锁定它们，然后就准备、瞄准并发射拦截武器，并且评定此次拦截是否成功，接着发射下一轮拦截武器(如果时间允许)。

为了摧毁助推器，我们必须在看到导弹之前，就开始进行拦截(如果等到发现它之后再拦截，就来不及了)。所以，防御系统必须从数千千米高的太空中开始助推器阶段的拦截。为此，目前有两种“定向能”武器(高度精准的武器)正在研发中：一种是利用激光束，它的速度是光速(300000千米/秒);另一种是粒子束，速度也差不多和光速一样快。目前，人们已经设计出了一种能够追踪助推器红外信号的防爆弹。

此外，其它拦截方案，包括化学激光武器、中性粒子束武器和自动追踪武器，都必须要安置在地球低轨道上。

目前，最亮的一种激光是，由氟化氢化学激光器产生的红外激光束。美国国防部计划，于1987年底之前展示一部两百万瓦特功率的这种激光器。假设人们目前已经拥有2500万瓦特功率的氟化氢激光器，以及性能完美的10米直径反光镜。这就相当于得到了一种具备3000千米“杀伤半径”的武器。如果每一部激光器都能发挥其最大功效，那么，300部位于低轨道上的这种激光器，就能够摧毁1400枚洲际弹道导弹的助推器。

粒子束武器发射的高能带电粒子束，能够钻进导弹弹体深处，扰乱其导航系统中的半导体元件。然而，这些带电粒子束会受到地球磁场的影响，运动轨迹发生弯曲。也就无法精确瞄准远距离目标。因此，人们需要制造出中性粒子束。此外，攻击导弹可以使用具有极强抗辐射能力的砷化镓半导体(它的抗辐射能力比硅半导体强1000倍)，以保护导弹的导航计算机免受损伤。