08.05.2023 • LaserOptik

Alexandrit-Laserkristalle aus Europa für Anwendungen im Weltraum

Laserzerstörschwelle der Kristalle reicht an die der Spitzenprodukte auf dem Weltmarkt heran.

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.

Abb.: Mit einem speziellen Laser­system hat das Laser­zentrum Hannover die...
Abb.: Mit einem speziellen Laser­system hat das Laser­zentrum Hannover die Alexandrit-Kristalle aus euro­pä­ischer Her­stel­lung auf Wett­be­werbs­fähig­keit ge­testet. (Bild: LZH)

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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