圖1：激光武器藝術(shù)效果圖（圖片由豆包AI生成）

導(dǎo)讀

2025年九三閱兵中，激光武器驚艷亮相，展現(xiàn)了我國(guó)在這一軍事科技領(lǐng)域的最新前沿成果，備受矚目。通過(guò)發(fā)射一束威力無(wú)比的光，瞬間摧毀敵人，這樣一個(gè)炫酷的設(shè)想其實(shí)由來(lái)已久，不僅頻繁現(xiàn)身在自媒體短視頻中，還經(jīng)常成為科幻小說(shuō)和電影中的精彩元素，也被設(shè)定為即時(shí)戰(zhàn)略電腦游戲中的虛擬武器，那么大眾想象中的激光武器和現(xiàn)實(shí)中的激光武器又有哪些相同和差異呢？

圖2：激光武器的3D打印模型（圖片來(lái)源：作者拍攝）

激光武器是21世紀(jì)全新的概念？

激光發(fā)明于20世紀(jì)60年代，但在這之前的很多年，用光作為武器的想法就不斷被提出。

想象一下： 早在公元前2世紀(jì)的古希臘，傳說(shuō)數(shù)學(xué)家阿基米德曾利用大規(guī)模的鏡面陣列，將陽(yáng)光聚焦于海上的敵軍戰(zhàn)船，通過(guò)引燃船體來(lái)抵御羅馬人的進(jìn)攻[1]。

由于年代久遠(yuǎn)，這一傳說(shuō)的真?zhèn)我央y考證。雖然眾所周知，在烈日下利用放大鏡聚焦陽(yáng)光點(diǎn)燃紙張完全可行，但若要通過(guò)增加鏡面數(shù)量和面積來(lái)點(diǎn)燃一艘戰(zhàn)艦，其可行性究竟如何？

美國(guó)著名科普節(jié)目《流言終結(jié)者》曾多次嘗試復(fù)現(xiàn)這一實(shí)驗(yàn)，大多以失敗告終。2006年，節(jié)目組與麻省理工學(xué)院（MIT）團(tuán)隊(duì)合作再次發(fā)起挑戰(zhàn)，雖勉強(qiáng)取得成功，但條件極其苛刻：需要烈日當(dāng)空的完美天氣、數(shù)百面反射鏡協(xié)同工作、且目標(biāo)木船必須在近距離內(nèi)保持靜止數(shù)分鐘。即便如此，最終也僅致船體局部冒煙起火，并未造成大面積燒毀。由此可見(jiàn)，傳說(shuō)中阿基米德的戰(zhàn)術(shù)在實(shí)戰(zhàn)中的可行性并不高。

在二戰(zhàn)前，英國(guó)空軍曾懸賞100英鎊，希望有人可以制造并演示利用“射線(xiàn)武器”殺死百米之外的一只羊，但同樣難以實(shí)現(xiàn)[1]。真正讓光武器變成一個(gè)靠譜的想法，還是要依靠激光的這項(xiàng)偉大發(fā)明。如果把一束光中的每個(gè)光子看作一位士兵，普通的陽(yáng)光和燈光是由松散的士兵雜亂無(wú)章聚集在一起，而激光則是整整齊齊排列，邁著統(tǒng)一步伐前進(jìn)的士兵隊(duì)列，具有普通光所不具備的極高亮度，將能量緊密聚焦在單一的方向上，這源于激光的生成方式——受激輻射。

激光發(fā)射器中包含特定的增益介質(zhì)（氣體、液體、固體等不同類(lèi)型），吸收輸入的能量被激發(fā)后，使得其中大量原子處于高能級(jí)，當(dāng)其中一個(gè)原子躍遷到低能級(jí)，可以釋放出一個(gè)特定波長(zhǎng)的光子，光子在諧振腔中來(lái)回振蕩（比如兩面反射鏡之間來(lái)回反射），激發(fā)其他原子也從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，釋放出更多完全相同的光子，隨著光子數(shù)量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，它們共同組成一束能量越來(lái)越強(qiáng)，方向性越來(lái)越好的激光束，最終發(fā)射出去。1960年世界上首臺(tái)激光器在美國(guó)誕生后，激光武器在最近幾十年也得到了飛速發(fā)展，被認(rèn)為有望改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)游戲規(guī)則。美國(guó)科普作家杰夫·赫克特（Jeff Hecht）所創(chuàng)作的《激光武器：從科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)》一書(shū)[1]，就生動(dòng)翔實(shí)地介紹了激光武器在最近幾十年的發(fā)展歷史。

圖3 ：《激光武器：從科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)》一書(shū)（圖片來(lái)源：作者拍攝）

現(xiàn)代激光武器的發(fā)展

近年來(lái)，世界各國(guó)加快了對(duì)激光武器研發(fā)的步伐。美國(guó)陸軍部署的“定向能機(jī)動(dòng)近程防空系統(tǒng)”采用50千瓦級(jí)光纖激光器，集成在裝甲車(chē)上，可用于擊落無(wú)人機(jī)。德國(guó)萊茵金屬公司研發(fā)的50千瓦級(jí)激光防空系統(tǒng)，曾在15秒內(nèi)連續(xù)擊落5架無(wú)人機(jī)。沙特部署的“寂靜狩獵”激光武器系統(tǒng)則創(chuàng)下單日攔截13架無(wú)人機(jī)的紀(jì)錄。以色列“鐵束”系統(tǒng)采用100千瓦級(jí)光纖激光器，有效射程達(dá)10千米。英國(guó)“龍火”激光武器系統(tǒng)在2024年初的測(cè)試中，成功摧毀了3.2千米外的無(wú)人機(jī)目標(biāo)。此外，韓國(guó)、俄羅斯、日本、法國(guó)、印度等國(guó)也都在將激光武器納入防御體系中[2]。

激光武器可以讓一個(gè)龐然大物化為灰燼？

最近幾十年世界各國(guó)軍方開(kāi)發(fā)的激光武器，真的可以實(shí)現(xiàn)這樣的效果嗎？

首先，激光武器殺傷力在于將很高的能量集中在很小的面積上，單位面積的能量密度極其高。作為分母，照射到目標(biāo)表面的激光光斑直徑大小通常只有幾厘米至一二十厘米；作為分子，照射激光的功率自然要足夠大，外加激光長(zhǎng)距離傳輸?shù)木薮竽芰繐p耗，激光武器所需的發(fā)射功率需要達(dá)到幾十到幾百千瓦的量級(jí)。作為對(duì)比，平常使用的幻燈片翻頁(yè)筆的激光器功率只有幾毫瓦。

不同功率的激光器制造難度也大不相同，高功率激光器所需的體積和重量往往非常大。在二十世紀(jì)六七十年代，美國(guó)軍方曾選擇使用二氧化碳?xì)怏w激光器和化學(xué)氧碘激光器，利用流動(dòng)的氣體作為增益介質(zhì)，在巨大的諧振腔中產(chǎn)生激光。為了達(dá)到武器級(jí)別的功率，能量守恒定律決定了需要輸送給激光器足夠的能量，不可避免地會(huì)消耗大量燃料，還要考慮到很大一部分輸入能量沒(méi)有轉(zhuǎn)化為光能而是以熱量散發(fā)，散熱管道系統(tǒng)必不可少，整套激光器系統(tǒng)極其龐大笨重，甚至需要一整架波音747客機(jī)來(lái)裝載，“激光器占據(jù)了駕駛員后面1/3的機(jī)艙空間，電源和燃料又占據(jù)了1/3的艙內(nèi)空間，剩下1/3是老式計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)”[1]。

后來(lái)新型光纖激光器的出現(xiàn)[3,4]，有助于顯著降低激光武器的體積和重量。光纖激光器利用摻稀土元素的玻璃光纖作為增益介質(zhì)，由通電的激光二極管提供泵浦光，可以通過(guò)電力替代化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)。由于每根光纖柔軟可卷曲，激光可以在較小空間內(nèi)來(lái)回傳輸很長(zhǎng)距離，而且因?yàn)楸砻娣e和體積的比例較大，冷卻散熱也更方便，并且還可以將多個(gè)光纖激光器模塊集成為輸出功率大、光束質(zhì)量高的單個(gè)激光器。

盡管研究者不斷嘗試將激光武器變得越來(lái)越小型化，例如2009年IPG 公司推出的10 千瓦光纖激光器，外形尺寸1.5m×1.5m×0.8m，大小如兩臺(tái)電冰箱[1]。但現(xiàn)實(shí)中的激光武器大多數(shù)時(shí)候還是裝載在重型卡車(chē)，裝甲車(chē)，運(yùn)輸機(jī)和軍艦上，而不是以放在背包或手提箱中那樣簡(jiǎn)易攜帶的形式。

圖4：裝載于一輛卡車(chē)上的反無(wú)人機(jī)激光武器[3]

因此現(xiàn)實(shí)中的激光武器往往自身是個(gè)龐然大物，然而攻擊的目標(biāo)卻是像無(wú)人機(jī)這樣的小型物體，難以一下子摧毀大型目標(biāo)，能做的只是在上面燒出一個(gè)洞，難以達(dá)到瞬間徹底毀滅的效果。

如果利用激光武器防御大型目標(biāo)，由于只能毀壞上面的一小塊區(qū)域，就需要“打蛇打七寸”擊中要害，才能完成攔截任務(wù)。比如激光武器若用于防御彈道導(dǎo)彈，激光束需要專(zhuān)門(mén)針對(duì)導(dǎo)彈燃料箱或光電導(dǎo)航系統(tǒng)這樣的薄弱部位來(lái)攻擊。2015年，美國(guó)洛克希德·馬丁公司研制的“雅典娜（ATHENA）”激光武器系統(tǒng)被用于測(cè)試攻擊一輛1.6公里以外的小型卡車(chē)，雖然無(wú)法讓整輛車(chē)化為灰燼，但可以射穿汽車(chē)引擎蓋并摧毀汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使這輛車(chē)癱瘓，外表看起來(lái)車(chē)身上被燒出了一個(gè)大洞[1]。

激光武器要發(fā)揮最佳的作用，需要尋找到合適的“剛需”應(yīng)用場(chǎng)景，近年來(lái)小型無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的廣泛使用，使得激光武器有了用武之地，得到了迅速發(fā)展。當(dāng)然廣義的激光武器包含更多類(lèi)型，不一定以擊毀敵方為目標(biāo)，比如為常規(guī)武器提供激光瞄準(zhǔn)的輔助功能，或者僅僅是將敵方士兵眼睛或光電傳感器致盲，此時(shí)所需的功率就沒(méi)有以上提到那么高的量級(jí)了。

激光武器可以光速發(fā)動(dòng)襲擊？

光在空氣中的傳播速度接近30萬(wàn)公里每秒，可以在幾乎瞬間精準(zhǔn)地照射到目標(biāo)位置，這一點(diǎn)讓導(dǎo)彈和炮彈等常規(guī)武器望塵莫及，它們無(wú)論飛得多快，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這樣的速度，這也是激光武器的優(yōu)勢(shì)之一。

然而，并不能說(shuō)激光武器在任何方面都更快。一枚導(dǎo)彈經(jīng)過(guò)千辛萬(wàn)苦的漫漫征途，到達(dá)目標(biāo)附近之后，攜帶的彈藥發(fā)生爆炸，可以在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生殺傷。但激光束照射到目標(biāo)（比如無(wú)人機(jī)）表面后，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，包括加熱、升溫、膨脹、熔融、汽化、擊穿、飛散、噴濺、破裂、剝落、熱爆炸等，使得目標(biāo)的材料特性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生變化，通過(guò)被照射區(qū)域吸收能量的積累，逐漸升高溫度而產(chǎn)生熱毀傷，這常常需要幾秒甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，殺傷并不是在瞬間立刻完成的[5]。激光武器發(fā)出的光束需要聚焦在目標(biāo)物體上的某個(gè)位置，并持續(xù)一小段時(shí)間，如果目標(biāo)是快速移動(dòng)的，比如像飛行的無(wú)人機(jī)，那么激光束也需要跟著目標(biāo)移動(dòng)。

在現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)激光武器和目標(biāo)相互快速移動(dòng)時(shí)，通過(guò)目標(biāo)智能識(shí)別與追蹤定位和光束調(diào)控等方式，激光武器依然還是可以工作的。

此外，導(dǎo)彈等武器可以通過(guò)特定曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，發(fā)動(dòng)出其不意的攻擊，激光光束則通?！爸眮?lái)直去”，沒(méi)有那么靈活，也可以看作激光武器的一個(gè)劣勢(shì)。

而激光武器的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是成本低廉，在戰(zhàn)爭(zhēng)中，面對(duì)火箭彈和小型無(wú)人機(jī)這樣低成本的目標(biāo)，如果動(dòng)輒使用昂貴的導(dǎo)彈攻擊攔截，會(huì)在經(jīng)濟(jì)上嚴(yán)重虧本。據(jù)估算，一枚導(dǎo)彈的成本可以超過(guò)10萬(wàn)美元，而激光武器發(fā)射一次的成本可以在10美元以下[3]。而且激光武器不是一次性的，只要供給激光器的電量沒(méi)有耗盡，激光武器可以一次又一次地開(kāi)火，反復(fù)發(fā)射。

激光武器要選個(gè)好天氣使用？

激光武器對(duì)于傳輸介質(zhì)有很大的依賴(lài)，當(dāng)天氣惡劣，比如遇到雨雪，云霧，塵埃的時(shí)候，激光武器的威力確實(shí)會(huì)大打折扣[6]。例如在一項(xiàng)模擬仿真研究[7]中，在天氣良好，能見(jiàn)度達(dá)到10～20 km情況下，激光武器對(duì)無(wú)人機(jī)蜂群的有效毀傷距離為1547米；在天氣中等，能見(jiàn)度為4～10 km情況下，激光武器對(duì)無(wú)人機(jī)蜂群的有效毀傷距離就斷崖式下降為1160米；如果天氣更惡劣，有效毀傷距離還會(huì)進(jìn)一步變短。當(dāng)然以上數(shù)值僅僅是這一特定仿真模型在特定參數(shù)設(shè)置下的結(jié)果，未必與實(shí)際完全相符，不過(guò)天氣情況對(duì)于激光武器攻擊距離的顯著影響還是可見(jiàn)一斑。為了讓激光武器更好地發(fā)揮威力，有必要選個(gè)晴空萬(wàn)里的好天氣。

但即使在這樣的好天氣里，激光光束在空氣中傳輸時(shí)，也不可避免地有相當(dāng)比例能量“出師未捷身先死”，消耗在半路，最終到達(dá)目標(biāo)的激光能量只是發(fā)射能量的一部分。首先空氣中的氣體分子（如水蒸氣和二氧化碳）和氣溶膠顆粒會(huì)吸收一部分激光的能量，還會(huì)使得激光朝四面八方散射而損耗。其次，大氣湍流使得折射率起起伏伏，分布不均，也會(huì)阻礙激光束奔向目標(biāo)，使其來(lái)回?fù)u擺。此外，激光束向前傳播時(shí)，會(huì)將穿過(guò)的空氣加熱升溫，膨脹的熱空氣密度低，折射率變低，而周?chē)淇諝庹凵渎瘦^高。如果參照光纖的工作原理，光纖內(nèi)部纖芯為高折射率介質(zhì)（光傳播速度更慢），外部包層為低折射率介質(zhì)（光傳播速度更快），光會(huì)趨向于從低折射率介質(zhì)偏折回高折射率介質(zhì)，這樣的三明治或者夾心巧克力餅干結(jié)構(gòu)，可以把光信號(hào)困在纖芯不外逸，應(yīng)用于光通信領(lǐng)域。而激光束卻面臨著與光纖相反的作用，內(nèi)部的光束趨向于往四周偏折，加劇了光束的發(fā)散，使得光束難以集中會(huì)聚能量，稱(chēng)為“熱暈效應(yīng)”[6]。

圖5：光在光纖中的傳播（上）與激光武器的激光束在空氣中傳播產(chǎn)生的“熱暈效應(yīng)”（下）：前者使光的能量保持在纖芯內(nèi)，后者相反作用促使光束更加向四周發(fā)散（圖片來(lái)源：作者繪制）

為了提升能耗效率和攻擊距離，激光武器發(fā)射端通過(guò)自適應(yīng)光學(xué)器件和相控陣等技術(shù)，優(yōu)化發(fā)射的激光束波形，以預(yù)先補(bǔ)償?shù)窒@些干擾。

太空與水下環(huán)境

想象一下：經(jīng)典科幻電影《星球大戰(zhàn)》里，太空中雙方宇宙飛船之間使用激光武器對(duì)戰(zhàn)時(shí)，空中一束束亮光來(lái)回飛舞。這個(gè)片段一直以來(lái)被“死理性派”所吐槽，因?yàn)榧词顾褂玫募す獠ㄩL(zhǎng)屬于可見(jiàn)光波段，由于太空真空環(huán)境中，幾乎沒(méi)有粒子的散射，“明亮的光束”也不可能被看到。在地表空氣中，煙霧塵埃等各種微粒聚集，它們的散射作用才會(huì)讓一束激光從側(cè)面真的被明顯看到。這個(gè)例子同時(shí)也說(shuō)明，太空是激光傳輸?shù)囊粋€(gè)比較理想的介質(zhì)，作為接近真空的環(huán)境，幾乎不會(huì)受到散射等效應(yīng)干擾，激光武器可以“盡情發(fā)揮”。在二十世紀(jì)八十年代冷戰(zhàn)期間，美國(guó)政府實(shí)施了與這部電影同名的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃，也曾經(jīng)認(rèn)真考慮過(guò)怎樣將激光武器搬上太空，用于未來(lái)的軍事戰(zhàn)爭(zhēng)。

圖6：想象中在太空中使用激光武器對(duì)戰(zhàn)的場(chǎng)景（不過(guò)從側(cè)面可以看到一道明亮的激光束，在科學(xué)上是不合理的）（圖片來(lái)源：Light科普坊/veer）

而相比于空氣，一個(gè)更加惡劣的傳輸介質(zhì)就是水下了，激光武器幾乎毫無(wú)發(fā)揮的空間。在《三體》《流浪地球》《獨(dú)行月球》等影視作品出現(xiàn)的四十多年前，曾有一部早期國(guó)產(chǎn)科幻電影《珊瑚島上的死光》，片中一位博士利用發(fā)明的激光武器，發(fā)射出激光束在水下?lián)魵Я藬橙说臐撏?。從科學(xué)角度來(lái)說(shuō)，這并不是一個(gè)好想法，激光束在水下會(huì)遭遇比空氣中嚴(yán)重得多的吸收和散射，能量會(huì)很快衰減，難以用于攻擊對(duì)方。

長(zhǎng)距離發(fā)射激光束還可以用于做什么？

既然激光束可以遠(yuǎn)距離攜帶大量能量，除了用于擊毀無(wú)人機(jī)，如果把功率調(diào)節(jié)到適當(dāng)大小，給無(wú)人機(jī)提供能源也是個(gè)不錯(cuò)的想法[8]。目前無(wú)人機(jī)攜帶的電池往往電量有限，導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間短，用激光束進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電有望幫助解決這個(gè)難題，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)射的激光束照射到無(wú)人機(jī)表面時(shí)，無(wú)人機(jī)所攜帶的光伏電池板可以將光能轉(zhuǎn)換為電能。

激光束除了可以用于傳遞能量，還可以用于傳遞信息。不同的是，進(jìn)行通信時(shí)，不需要像激光武器那樣高的功率，接收端只需要接收到微弱的光信號(hào)，也有可能解碼還原出發(fā)送的信息。不僅無(wú)人機(jī)和地面之間可以使用激光通信[9]，距離更遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星與衛(wèi)星之間，衛(wèi)星與地面之間，也可以使用激光通信，有望應(yīng)用于下一代6G通信的空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)。即使在很不利于激光傳播的水下環(huán)境中，已可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)100米的激光通信。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)實(shí)中的激光武器或許沒(méi)有想象中的那樣所向披靡，相比于傳統(tǒng)武器也并不是降維打擊和碾壓式的存在，但激光武器具有光速到達(dá)目標(biāo)，精度高，成本低等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在對(duì)付無(wú)人機(jī)這樣的特定用途中可以大顯身手，但也面臨著激光強(qiáng)度在傳播中不斷衰減，能量聚焦面積小，擊毀目標(biāo)需持續(xù)時(shí)間，受天氣條件制約，能量轉(zhuǎn)化效率低，重量和體積大等挑戰(zhàn)。

相關(guān)文獻(xiàn)

[1]激光武器：從科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，[美]杰夫·赫克特（Jeff Hecht）著，國(guó)防工業(yè)出版社 (2023)

[2]激光武器——“光之利刃”走向戰(zhàn)場(chǎng)，中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào)，http://www.81.cn/yw_208727/16396373.html

[3]A. Extance, Laser weapons get real: long a staple of science fiction, laser weapons are edging closer to the battlefield--thanks to optical fibres, Nature, 521(7553): 408-411 (2015).

[4]任國(guó)光，伊煒偉，屈長(zhǎng)虹，高功率光纖激光器及其在戰(zhàn)術(shù)激光武器中的應(yīng)用，激光與紅外，45(10): 1145-1151 (2015)

[5]周德元，李杰，李立功，反無(wú)人激光武器毀傷效能研究，激光與紅外，55(4): 546-553 (2025)

[6]何奇毅，宗思光，大氣對(duì)艦載激光武器效能影響的研究，指揮控制與仿真，41 (2): 57-60

來(lái)源：中國(guó)光學(xué)

編輯：冰糕

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀(guān)點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)

如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原公眾號(hào)