Alexandrit-Laserkristalle eignen sich gut für den Einsatz in Satelliten zur Erdbeobachtung. Sie sind robust und ermöglichen Lasersysteme mit einer durchstimmrbaren Ausgangswellenlänge. Im europäischen Horizon 2020-Projekt GALACTIC ist es den Partnern Laserzentrum Hannover, Optomaterials aus Italien und Altechna aus Litauen jetzt gelungen, eine rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle zu etablieren, welche im Weltraum eingesetzt werden können.
Optomaterials stellt wettbewerbsfähige Kristalle her, die Altechna mit einer speziellen Beschichtung versieht. Um die für die rauen Umweltbedingungen des Weltraums notwendigen Beschichtungseigenschaften zu erreichen, hat Altechna im Rahmen des Projekts spezielle Beschichtungsdesigns und ‑prozesse auf Basis des Ion-Beam- und Magnetron-Sputtering-Verfahrens entwickelt. Die Kristalle wurden dann am Laserzentrum Hannover in speziellen Lasersystemen auf Herz und Nieren geprüft. Diese Lasersysteme haben sie im Hinblick auf spätere Anwendungen entworfen. Sie könnten den Grundstein für neuartige laserbasierte Messinstrumente legen.
Die LZH-Wissenschaftler haben die Alexandritkristalle Protonen- und Gamma-Strahlung ausgesetzt und mehrere für Weltraumanwendungen typische Temperaturzyklen durchlaufen lassen. Vor und nach diesen Umwelttests haben sie die Kristalle unter anderem hinsichtlich ihrer Transmissionseigenschaften und der Laserperformance charakterisiert. Da die Umwelttests zu keiner signifikanten Änderung der gemessenen Parameter geführt haben, konnte somit die Weltraumtauglichkeit nachgewiesen werden. Außerdem konnten die Forscher zeigen: Die Laserzerstörschwelle der Kristalle reicht an die der Spitzenprodukte auf dem Weltmarkt heran – beziehungsweise übertrifft diese sogar. Das EU-Projekt GALACTIC hat damit erfolgreich den Technologiereifegrad weltraumtauglicher Alexandrit-Kristalle aus Europa von 4 auf 6 angehoben und damit die Marktreife erreicht.
Alexandrit-Kristalle haben eine sehr gute thermische Leitfähigkeit und Bruchfestigkeit. Sie lassen sich daher gut unter hohen Laserleistungen einsetzen beziehungsweise sind robust genug, um hohe mechanische Belastungen zum Beispiel bei Raketenstarts auszuhalten. Da sich mit den Kristallen die Ausgangswellenlänge der Lasersysteme durchstimmen lässt, könnten sie die Grundlage von neuartigen laserbasierten Messinstrumenten für Erdbeobachtungssatelliten sein. Mit solchen Instrumenten könnten präzisere klimarelevante Daten zum Zustand der Atmosphäre oder der Vegetation gesammelt werden.
LZH / RK
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- Originalveröffentlichung
S. Unland et al.: High-performance cavity-dumped Q-switched Alexandrite laser CW diode-pumped in double-pass configuration, Opt. Express 31, 1112 (2023); DOI: 10.1364/OE.478628 - Smarte Weltraumtechnologien, Laserzentrum Hannover e.V.
