Kristalle für den Kosmos
Rein europäische Lieferkette für weltraumqualifizierte Alexandritkristalle in Reichweite.
Die besonderen Eigenschaften von Alexandritkristallen will die Europäische Union zukünftig in Erdbeobachtungssatelliten nutzen. Damit die EU dabei unabhängig von außereuropäischen Lieferanten ist, arbeiten das Laser Zentrum Hannover (LZH), Altechna Coatings und Optomaterials im EU-Projekt Galactic an einer rein europäischen Lieferkette für weltraumqualifizierte Alexandritlaserkristalle. Diesem Ziel sind die Projektpartner nun entscheidende Schritte nähergekommen.
Laserkristalle aus Alexandrit haben eine durchstimmbare Wellenlänge zwischen etwa 700 und 850 Nanometern. Setzt man diese Kristalle in Lidar-Systemen in Satelliten ein, lässt sich damit der Chlorophyllgehalt der Vegetation ermitteln. Dieser gibt Aufschluss über den Gesundheitszustand der Pflanzen und liefert somit wertvolle Daten, etwa für Untersuchungen zum Klimawandel. Im EU-Projekt Galactic arbeiten die Partner deshalb daran, eine rein europäische Lieferkette für weltraumqualifizierte Alexandritlaserkristalle zu etablieren und deren Technology Readiness Level (TRL) von TRL 4 auf TRL 6 zu erhöhen.
Lasersysteme für den Weltraum müssen starken Temperaturschwankungen sowie ionisierender Strahlung widerstehen. Um geeignete Alexandritkristalle herstellen zu können, optimiert Galactic die Kristallzucht, Reinigung, Plasmavorbehandlung sowie das Beschichtungsdesign.
Dem italienischen Partner Optomaterials ist es gelungen, Alexandritkristalle in wettbewerbsfähiger Qualität zu züchten. Um diese Kristalle weltraumtauglich zu machen, ist eine besonders dichte und widerstandsfähige Beschichtung erforderlich. Altechna Coatings aus Litauen hat deshalb ein spezielles Beschichtungsdesign auf Basis des Ion-Beam- und Magnetron-Sputtering Verfahrens entwickelt. In jüngsten Tests erreichten die Alexandritkristalle damit eine Laserzerstörschwelle (Laser-Induced Damage Threshold, LIDT), die an Spitzenprodukte auf dem Weltmarkt heranreicht.
Der erste von zwei Laserdemonstratoren läuft bereits im Entwicklungslabor am LZH. „Mit weit über 200 Mikrojoule Pulsenergie bei 5 Kilohertz Wiederholrate erzeugt der Demonstrator wenige Nanosekunden kurze Laserpulse. Das zeigt, dass sich mit diesem Laseraufbau grundsätzlich große Flächen pro Zeiteinheit scannen lassen – eine wichtige Voraussetzung für den effizienten Betrieb eines Lidar-Systems“, berichtet Peter Weßels, Projektkoordinator und Leiter der Gruppe Solid-State Lasers in der LZH-Abteilung Laserentwicklung. Im dritten Projektjahr wollen die Projektpartner die Tests sowie die Vergleichsstudie abschließen, den zweiten Demonstrator realisieren und das Herstellungsverfahren zur Marktreife bringen.
Im Projekt Galactic will das Laser Zentrum Hannover zusammen mit Altechna Coatings UAB und Optomaterials S.r.l. den Prozess der Kristallzucht und der Nachbehandlung verbessern, neuartige Beschichtungskonzepte entwickeln und einen Laserdemonstrator anfertigen. So soll eine unabhängige, rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle aufgebaut werden.
LZH / DE
