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[转]激光武器简介及进展

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CDer:001063950
发表于 2017-12-06 22:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 野猪啊野猪 于 2017-12-12 16:03 编辑

本文转自微信公众号“科技翻译实践与研究”,特此声明!欢迎关注并交流!

一、激光基本知识
(1)基本原理
激光的主要特点是相干性好、平行度好,单色性好、亮度高。典型的激光器组成如下:
fig 1.png
图1 典型激光器基本组成
增益介质通过受激发射将光放大,增益介质将光放大的时需要外部能量,提供外部能量的过程叫做泵浦。泵浦过程中,介质吸收外部能量,使其粒子受激,当激发态粒子数超过基态或次激发态粒子数时,就实现了粒子数反转,进而可以实现大规模受激发射。反射镜和输出耦合镜合起来叫做光腔。光在光腔内反复反射,且每次通过增益介质时都会被放大,最后出光,形成激光光束。
(2)分类
1. 激光器按工作介质可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器、自由电子激光器等。
2. 按泵浦或激励方式的不同可分为光泵浦激光器、电泵浦激光器、热泵浦激光器、化学反应泵浦激光器等。为了为后续内容提供更多参考,这里对化学反应泵浦激光器多说几句,所谓的化学反应泵浦激光器也就是化学激光器,化学激光狭义上指放能化学反应通过其产物把化学能直接转化为激射粒子的激发态内能而实现粒子数反转的激光,广义上只要是在放能化学反应过程中,直接或间接导致粒子数反转而产生的激光,都可称为化学激光。
3. 按运转模式可分为连续波式和脉冲式。脉冲式激光器有几种值得注意的技术:Q开关技术、锁模技术和脉冲泵浦技术。
二、激光武器
激光武器以激光束破坏和毁伤目标。激光对目标的破坏分为硬破坏和软破坏两种。前者通过热和冲击作用,对目标造成明显破坏,甚至将其完全摧毁;后者主要是对目标进行迷惑、致炫或致盲。激光武器具有反应快、抗电磁干扰强、无后坐力、转移火力快、威力可调、作战效费比高等优点,激光武器还可借助高分辨率光学传感器,对成像、监视、远距离探测实现协同。激光武器当前的不足之处包括:能量有限,难以击毁装甲目标;有效作用距离有限、受不良天气影响大、瞄准和跟踪精度有待提高、野战条件下光学系统要求复杂和能量转换效率较低。
Fig 2.jpg
图2 英国皇家海军45型驱逐舰的迫近防御激光器
根据激光功率的大小和武器用途的不同,可分为:
1. 激光干扰与致盲武器
激光干扰与致盲武器采用中、小功率器件,用于干扰、致盲导引头、跟踪器、目标指示器、测距机和观瞄设备等,此类激光器属于低能激光器;
2. 战术激光器主要用于攻击战术目标,射程一般≤10km;
3. 战区激光器主要用于反战区弹道导弹,射程一般≤600km;
4. 战略激光器主要用于反战略弹道导弹和军用卫星等。
三、高能激光武器进展
(一)德国
1. 10kW海基高能激光器
安装在MLG-27轻型舰炮炮架上,德军已于2016年2月对其进行海试,检测了其无人机类目标跟踪能力。
Fig 3.jpg
图3 加装在MLG-27轻型舰炮上的高能激光器
2. 1kW/5kW/20kW/30kW陆基高能激光器
2013年10月,陆基高能激光器在瑞士参加了测试。1kW型首先展示了300m内的排爆能力,然后又在70m开外打开了一处铁丝网障碍;5kW型射击了军用简便油桶,导致其起火,随后又致炫了一架8旋翼无人机,最后则射击了一挺架在皮卡上的重机枪,烧穿了子弹带上的弹药,且未伤及枪手;20kW型则展示了其反结构能力,烧断了一根电线杆,随后还击毁了一些弹药箱;30kW型在静态展示中于1000m距离外击爆了一枚82迫弹,随后在动态展示中又先后两次探测、识别、跟踪并射击了通过压缩空气快速发射的钢球,第一次5中5,第二次5中4,最后还击落了3架JT-240喷气式无人机。
Fig 4.jpg
图4 从左至右依次为:安装在“拳师”轮式装甲车上的5kW高能激光器、安装在M113履带式装甲车上的1kW高能激光器和安装在"太脱拉"卡车上的20kW高能激光器

此外,欧洲导弹集团德国分公司也在2016年10月对其新式激光武器演示器进行了昼夜全天候测试,主要测试了光束制导和跟踪系统,没有发射高能激光。
(二)美国
1. 2kW紧凑型激光武器系统
供小型战术单位使用,可破坏薄壁目标,包括观测传感器等。
Fig 5.jpg
图5 2kW紧凑型激光武器系统
2. 5kW二代机动远征高能激光器
2017年3月,美国陆军空间和反导司令部测试了一台安装在“斯特瑞克”装甲车上的5kW二代机动远征高能激光器(一代为2kW),在10~15s时间内,成功击落了一架无人机。
Fig 6.jpg
图6 安装了二代机动远征高能激光器的“斯特瑞克”装甲车
3. 10kW区域防御反弹药系统
光纤激光器,2014年反海上目标测试中破坏了两艘小艇。
4. 30kW高级测试高能激光器
该高能激光器采用光纤激光,于2015年3月进行了测试,在约1600m的距离外,几秒内就烧穿了一辆卡车的引擎盖;2017年8月的试验中,又击落了5架无人机。
Fig 7.jpg
图7 高级测试高能激光器
5. 60kW高能激光机动测试卡车
2017年3月16日,美国陆军空间与反导司令部宣布完成60kW光谱合束高能固体光纤激光项目的工厂验收测试。试验中该激光器以57.5kW的功率持续了200s,超出了验收指标。
FIg 9.jpg
图8 高能激光机动测试卡车

2010~2014年间,美军层使用高能激光机动测试卡车测试过10kW高能激光器,击毁过一架无人机和多发62迫弹。2018年,美军将使用该车进行反三弹和反无人机演示验证。美军还计划测试100kW变型。

此外还有海军的“海上军刀”增量1激光武器系统。至少60kW,具备反情报、监视、侦察致炫能力,计划于2020年投入使用,装备阿利·伯克级驱逐舰;空军的自卫高能激光演示器,100~150kW,最早将于2021年研制成功,计划装备F-22、F-35等五代机,用于反空空导弹和地空导弹。
(三)以色列
1. “铁光”防空系统
系统组成包括雷达、C2和两个火力单元,采用光纤激光,用于反三弹和无人机,射程7km,可在4~5秒内击毁目标,在两个冷却循环之间可发射150~200次。目前在研。
fig 8.jpg
图9 “铁光”系统火力车
(四)英国
1. “龙焰”计划
计划用于反三弹、无人机、快速攻击艇、地面车辆等,2025年上舰。目前在研。
Fig 10.jpg
图10 “龙焰”计划针对的目标群
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CDer:001082049
发表于 2017-12-08 01:00 | 显示全部楼层
45型驱逐舰没有激光吧……另外现在的激光武器能量利用效率20-30%,太浪费了,而且发热巨大,散热都是个问题。最关键的还是能源,非全电的平台就不要想了,全电的45和DDG1000已经趴窝了……
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CDer:001092035
发表于 2017-12-08 02:09 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

蚂蚁军团兵 发表于 2017-12-8 01:00
45型驱逐舰没有激光吧……另外现在的激光武器能量利用效率20-30%,太浪费了,而且发热巨大,散热都是个问题 ...

这些激光都还小,耗不了多少军舰的主机功率。另外,激光炮的能源以后会是一些超级电容一类的东西,平时充电,需要时可以瞬间放出大功率,满足激光炮的特性。
能威胁到简单装甲目标的激光炮,输出功率也要在百千瓦级,目前这些几千瓦几十千瓦的东西还不具备实战应用能力,只能打打低慢目标,如小型无人机。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-09 22:55 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

蚂蚁军团兵 发表于 2017-12-8 01:00
45型驱逐舰没有激光吧……另外现在的激光武器能量利用效率20-30%,太浪费了,而且发热巨大,散热都是个问题 ...

45还没有激光,但是在考虑装激光。是的,效率低,散热问题大,但是也并不一定因为这个所以不能实战,并不是所有技术都要发展到一点问题都没有才能实战,主要看你打什么目标了。比如说“庞塞”号上的那个激光器,用的技术含量较低的非相干合束技术而没有用想干合束技术,据说光束质量不高,只有17,但打打无人机什么的还是可以的,美军据说还是比较满意的。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-09 22:58 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

机制 发表于 2017-12-8 02:09
这些激光都还小,耗不了多少军舰的主机功率。另外,激光炮的能源以后会是一些超级电容一类的东西,平时充 ...

低慢小现在慢慢成了海军的心头之患,特别是近岸作战的情况下。打装甲目标我觉得百千瓦都有困难,得要兆瓦,得上自由电子激光器。
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CDer:000405740
发表于 2017-12-10 09:18 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-9 22:55
45还没有激光,但是在考虑装激光。是的,效率低,散热问题大,但是也并不一定因为这个所以不能实战,并不 ...

光纤激光散热效率很高,不是问题
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CDer:000405740
发表于 2017-12-10 09:19 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-9 22:58
低慢小现在慢慢成了海军的心头之患,特别是近岸作战的情况下。打装甲目标我觉得百千瓦都有困难,得要兆瓦 ...

自由电子激光的转换效率太低了,体积庞大,体积功率密度真是不行
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发表于 2017-12-10 14:19 超大游击队员 | 显示全部楼层
oyzw 发表于 2017-12-10 09:19
自由电子激光的转换效率太低了,体积庞大,体积功率密度真是不行

大功率应用自由电子激光转换效率是最高的

倒是大气层内用不到这么大功率
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发表于 2017-12-10 17:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
冰凌血翼 发表于 2017-12-10 14:19
大功率应用自由电子激光转换效率是最高的

倒是大气层内用不到这么大功率

最高?电光转换效率能到多少?
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-10 23:07 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

oyzw 发表于 2017-12-10 09:18
光纤激光散热效率很高,不是问题

所有激光器都存在散热问题,但你说得对,相对而言光纤激光器散热问题算是最小的。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-10 23:11 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

oyzw 发表于 2017-12-10 09:19
自由电子激光的转换效率太低了,体积庞大,体积功率密度真是不行

但是自由电子激光器有几个优点比较吸引人,比如说波长可调,大气传输效率较高;再一个可以比较轻松的实现兆瓦级功率,这样可以对付的目标就多了。体积大的话可以装在船上嘛。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-10 23:12 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

冰凌血翼 发表于 2017-12-10 14:19
大功率应用自由电子激光转换效率是最高的

倒是大气层内用不到这么大功率

自由电子激光器应该光电转换效率是最低的,没记错的话应是10%。
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CDer:001064854
发表于 2017-12-10 23:19 | 显示全部楼层
一直困惑于一个问题:遇到阴雨雾霾天气,激光武器的效能会下降多少?换句话说,激光武器如果不能够全天候起作用,那用作近防武器根本就没有用。为了预防不良天气,还需要另配全套的其他武器作为备份
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CDer:000405740
发表于 2017-12-11 08:26 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-10 23:07
所有激光器都存在散热问题,但你说得对,相对而言光纤激光器散热问题算是最小的。

光纤激光器散热效率同比固体激光器高一千倍,高能战术光纤激光器目前采用强力风冷即可满足需要
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CDer:000405740
发表于 2017-12-11 08:31 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-10 23:11
但是自由电子激光器有几个优点比较吸引人,比如说波长可调,大气传输效率较高;再一个可以比较轻松的实现 ...

轻松实现兆瓦级 那得看输入的功率源的能力,区区10%的效率,体积那么庞大。至于波长可调的优势,在功效不足的情况下,其他优势都不是优势。光纤激光的频率源自半导体泵浦激光器,半导体激光元件的技术水平决定系统性能。
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发表于 2017-12-11 09:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-10 23:12
自由电子激光器应该光电转换效率是最低的,没记错的话应是10%。

到了tev级激光只剩自由电子还能工作,其他光冷却就比出光功率还大
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发表于 2017-12-11 09:47 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2017-12-10 23:11
但是自由电子激光器有几个优点比较吸引人,比如说波长可调,大气传输效率较高;再一个可以比较轻松的实现 ...

没有500米以上直线加速器自由电子激光没优势
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CDer:000405740
发表于 2017-12-11 10:15 超大游击队员 | 显示全部楼层
冰凌血翼 发表于 2017-12-11 09:46
到了tev级激光只剩自由电子还能工作,其他光冷却就比出光功率还大

自由电子激光不适合做武器,拼总功率和工作时长,光纤激光可以多模块合成,总体光电转换效率的潜力是可以超过40%,体积小,重量轻,组合多样,所有条件都适合作武器用
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发表于 2017-12-11 11:34 超大游击队员 | 显示全部楼层
oyzw 发表于 2017-12-11 10:15
自由电子激光不适合做武器,拼总功率和工作时长,光纤激光可以多模块合成,总体光电转换效率的潜力是可以 ...

还是那句话,上tev打1光秒你只能用自由电子,其他激光冷却能比出光功率还高
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2017-12-12 10:17 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

lanxl1150 发表于 2017-12-10 23:19
一直困惑于一个问题:遇到阴雨雾霾天气,激光武器的效能会下降多少?换句话说,激光武器如果不能够全天候起 ...

很多武器都不是全天候的,就防空反导而言,就火炮的全天候能力突出一点吧?某些激光器采用自适应技术,能够一定程度缓解不良天气的影响。美军反正说他们在“庞塞”号上的激光器在大风、暴雨、炎热条件下仍运作良好;德国去年在波罗的海测试高能激光器时也遇到不良天气,他们也说没问题。
而且现在作战都是体系对抗,单靠一种武器也是不靠谱的,各种武器相互配合,优势互补协同作战才是王道。只是说随着时间的推移,激光武器的地位会上升。
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CDer:000400398
发表于 2017-12-12 15:41 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

冰凌血翼 发表于 2017-12-11 09:47
没有500米以上直线加速器自由电子激光没优势

尾场加速的自由电子激光可以做很小
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发表于 2017-12-12 17:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
playfish 发表于 2017-12-12 15:41
尾场加速的自由电子激光可以做很小

尾场对于高功率激光炮意义不大
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CDer:001064854
发表于 2017-12-14 19:38 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

野猪啊野猪 发表于 2017-12-12 10:17
很多武器都不是全天候的,就防空反导而言,就火炮的全天候能力突出一点吧?某些激光器采用自适应技术,能 ...

谢谢。我的理解是不能全天候的武器,其备用系统就必须能在激光武器失效的情况下承担全部职能。这种情况下激光武器就是无效冗余。还不如把全天候作战系统多一套备份来的实际。这种状态下,似乎谈不上协同。但既然有实际应用,上述问题似乎不应该存在,也就是我的想法必然有不切实际的地方。很想搞清楚问题出在哪儿

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CDer:000231522
发表于 2017-12-17 19:37 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

lanxl1150 发表于 2017-12-10 23:19
一直困惑于一个问题:遇到阴雨雾霾天气,激光武器的效能会下降多少?换句话说,激光武器如果不能够全天候起 ...

局座名言:雾霾防激光
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CDer:000263772
发表于 2017-12-18 13:43 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

oyzw 发表于 2017-12-10 09:19
自由电子激光的转换效率太低了,体积庞大,体积功率密度真是不行

可以加个电子回收器解决这个问题
不过呢,倒是在红外波段体现不出FEL激光武器的优势,而且又没有超导,更加体现不出FEL武器的优势。
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CDer:001059924
发表于 2017-12-21 16:07 | 显示全部楼层
化学激光器要带“燃料”的吧,次数有限
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CDer:000303395
发表于 2017-12-22 21:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 号角 于 2017-12-22 21:20 编辑

英国是最早将激光炫目武器系统用于海上 实战的国家
其45型装备的是升级型号
激光武器的弱点除了楼上说的天气影响外,还有一个就是攻击无法曲射只能直射(起码目前技术如此)
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CDer:001081477
发表于 2017-12-23 18:39 | 显示全部楼层
几年前去哈工大听过老师讲座,他说我国激光武器水平以及激光太空通信水平都是世界前茅,和美帝并驾齐驱的。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2018-01-02 15:33 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

zmic797 发表于 2017-12-21 16:07
化学激光器要带“燃料”的吧,次数有限

嗯,化学激光器现在已经不大受青睐了,现在倾向于发展电泵浦激光器。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2018-01-02 15:34 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

号角 发表于 2017-12-22 21:17
英国是最早将激光炫目武器系统用于海上 实战的国家
其45型装备的是升级型号
激光武器的弱点除了楼上说的 ...

激光武器利用浮空器携带反射镜可实现超视距射击,和曲射是一个效果,但技术难度确实很大。
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CDer:001063950
 楼主| 发表于 2018-01-02 15:34 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

独立自主自强 发表于 2017-12-23 18:39
几年前去哈工大听过老师讲座,他说我国激光武器水平以及激光太空通信水平都是世界前茅,和美帝并驾齐驱的。

但愿如此
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CDer:000405740
发表于 2018-01-02 15:51 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2018-1-2 15:33
嗯,化学激光器现在已经不大受青睐了,现在倾向于发展电泵浦激光器。

基于高效率极窄带宽的高能光纤激光器
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CDer:000764163
发表于 2018-01-03 09:48 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

oyzw 发表于 2017-12-11 10:15
自由电子激光不适合做武器,拼总功率和工作时长,光纤激光可以多模块合成,总体光电转换效率的潜力是可以 ...

自由电子激光目前能量效率低下的原因是直线加速器电子束用过后要被丢掉,如果与能量回收型ERL相结合光电转换效率会提高不少。
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CDer:000405740
发表于 2018-01-03 11:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
今夜见红 发表于 2018-1-3 09:48
自由电子激光目前能量效率低下的原因是直线加速器电子束用过后要被丢掉,如果与能量回收型ERL相结合光电 ...

看体积和重量怎样缩小吧,武器都需要载具,不然做个固定式光棱塔就没什么战术意义了
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CDer:001105927
发表于 2018-01-16 08:28 超大游击队员 | 显示全部楼层
激光武器的大功率、散热和小型化是关键
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发表于 2018-01-16 19:11 | 显示全部楼层
我突然有设想,把美国国家点火装置这样的超强功率激光安装在军舰上,这个威力如何?
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CDer:001075526
发表于 2018-01-16 19:24 | 显示全部楼层

RE: [转]激光武器简介及进展

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CDer:000065026
发表于 2018-01-17 21:16 超大游击队员 | 显示全部楼层
一笑方圆 发表于 2018-1-16 19:11
我突然有设想,把美国国家点火装置这样的超强功率激光安装在军舰上,这个威力如何?

没威力,打不远
远场光学质量不行

国家点火器等激光器,在光学通道中再次聚焦了
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CDer:000065026
发表于 2018-01-17 21:20 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2018-1-2 15:34
但愿如此

差不多,国家全球第二没问题。
国内最新的文献,1088nm激光器
19路光纤合一,最大功率已经做到
5/8kw。
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CDer:000405740
发表于 2018-01-17 21:54 超大游击队员 | 显示全部楼层
野猪啊野猪 发表于 2018-1-2 15:34
但愿如此

在高能光纤激光器核心技术上我国与美国存在10年的差距
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