求帮忙解答一下,光等离子技术可以用在商场里面吗?

无人机用途广泛,成本低、效费比好、使用方便,在现代战争中有着极其重要的作用,在民用领域更有广阔的发展前景。目前,无人机采用的动力装置包括活塞发动机、燃气涡轮发动机(包括涡喷、涡扇、涡轴和涡桨)、冲压发动机和火箭发动机,微型无人机还广泛使用了电池驱动的电动机。

很多人从各个学科的角度说了 1 焦耳是多么的渺小,我来唱个反调,说一说在光学里面 1 焦耳是多么牛掰吧!

能量这个东西的大小关键看你怎么用。1 焦耳的电能从灯泡里面出来的时候你可能都感觉不到,1 焦耳热量的食物都不够塞牙缝,可要是激光呢?

提到激光你可能想到:激光笔,条形扫码,激光美容,激光纹身,激光手术刀,激光焊接,激光切割,激光微加工,激光武器,激光核聚变。。。

林林总总,但归纳起来无非就是两种:连续激光和脉冲激光。

  • 连续激光,能量持续不间断输出。例如激光笔。
  • 脉冲激光,能量以脉冲形式输出。例如飞秒激光微加工。

连续激光没啥好说的。1W 的激光笔代表的意思是,1 秒的时间内输出 1 焦耳的能量。这样的激光打在身上不疼,只要别打眼。

重点要说的是脉冲激光。

脉冲激光是将能量集中在很短的时间间隔内,集中力量干大事!前面提到的「飞秒」就是这个时间间隔的尺度。这个时间间隔叫做脉宽,脉冲宽度。

稍微扯一下时间单位。常见的时间单位比如年,月,日,小时,分钟,秒。这些单位都太长了。说一说秒以下的。

为什么要将一定能量集中在很小的时间间隔内呢。提高功率!功率是单位时间间隔内的能量。

当能量固定为 1 焦耳后,显然脉宽越小功率越大。前面提到的激光切割和微加工的激光脉宽一般为皮秒以下到飞秒。网上随便搜了搜,一般这种微加工的激光器的单脉冲能量在 1 毫焦左右(千分之一焦耳)。脉宽在 100 飞秒左右。算一下功率是 

10GW 是什么概念呢。100 亿瓦。下面的帖子里美国能源部科普了下 10 亿瓦(1GW)有多大。1GW 相当于 300 万个光伏太阳能板的发电功率;相当于 1.1 亿个 LED 灯泡的功率;相当于 130 万匹马(1 马力大概 735 瓦);相当于 1 万辆 SUV。。。杠精可能会说这个功率虽大,但只是峰值功率,微加工的激光用的时候不可能只用一个脉冲。肯定是以高重复频率持续工作一段时间。最终的消耗的能量多于 1 焦耳。

那下面就来看下实打实的 1 焦耳单个脉冲能干什么。

超短超强激光与等离子体相互作用

超短是指的脉冲宽度短,超强是指的功率或功率密度高。

能量 1 焦耳,把脉冲宽度压缩到大概 30 飞秒,那么对应的激光功率为 33 太瓦(1TW = 1 万亿瓦)。这里固定能量压缩脉宽实际上正是超强激光技术发展的路径。几十太瓦激光器的出现得益于啁啾脉冲放大(CPA)技术的出现(2018 年诺贝尔物理学奖)。这个技术能够使得 1 焦耳左右的激光能量集中在几十飞秒的时间间隔内(实际上已经能够做到几十甚至上百焦耳了)。然后再把激光聚焦到很小的空间尺寸范围内。一般大概在 10 微米左右。10 微米是多大呢?正常人的头发直径大概在 50 微米左右。这样能够达到的功率密度(单位面积内的功率)能够达到  。对应的激光电场强度在 。在这个强度下的物质基本上都会被电离成等离子体(啥是等离子体?物质的第四态,宇宙中 99.999% 物质都是等离子体,)。

这样的激光哪里有呢?到处都是。真正研究超强激光等离子体的有:清华,北大,上交大,上海光机所,中科院物理所,绵阳九院九所等等。国外的更是数不胜数,感兴趣的看文献吧[1]

  • 粒子加速领域:电子加速,离子加速,中子产生,反物质正电子产生。
  • 辐射光源领域:从长波到短波(低能到高能),太赫兹,高次谐波,紫外光,X 射线,伽马射线。
  • 实验室天体物理:磁重联,冲击波,等离子体湍流,喷流。
  • 强场 QED:正负电子对产生,真空极化,辐射阻尼。

这里举一个例子,激光等离子体电子加速,出道即巅峰。2004 年的 Nature 杂志三篇文章背靠背 Dream beam。说的是啥呢?2004 年三个研究小组 - 美国伯克利国家实验室,英国帝国理工和法国巴黎综合理工 - 同时在 Nature 发表文章报道了基于 30 太瓦激光器产生 100  兆电子伏特的电子束的新型激光等离子体加速器。直接将激光等离子体加速推向高潮!这种加速器能够将原本像美国 SLAC 国家实验室的 3 公里场加速距离缩短到几厘米。

值得一提的是这三家实验室的激光都在 30TW 左右,30 飞秒左右,对应的能量在 1 焦耳左右。

等离子体原子发射光谱仪优点: 1. 多元素同时检出能力。 可同时检测一个样品中的多种元素。一个样品一经激发,样品中各元素都各自发射出其特征谱线,可以进行分别检测而同时测定多种元素。 2. 分析速度快。 试样多数不需经过化学处理就可分析,且固体、液体试样均可直接分析,同时还可多元素同时测定,若用等离子体原子发射光谱仪,则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。 3. 选择性好。 由于光谱的特征性强,所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。如铌和钽、铣和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难,而对AES来说是毫无困难之举。 4. 检出限低。 一般可达0.1~1ug·g-1,值可达10-8~10-9g。用电感耦合等离子体(ICP)新光源,检出限可低至 数量级。 5. 用ICP光源时,准确度高,标准曲线的线性范围宽,可达4~6个数量级。可同时测定高、中、低含量的不同元素。因此ICP-AES已广泛应......

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