Alexandrit-Laserkristalle erwiesen sich als gut geeignet für Weltraumanwendungen

5. Mai 2023

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vom Laser Zentrum Hannover eV

Alexandrit-Laserkristalle eignen sich gut für den Einsatz in Erdbeobachtungssatelliten. Sie sind robust und ermöglichen Lasersysteme mit abstimmbarer Ausgangswellenlänge. Im europäischen Horizon 2020-Projekt GALACTIC ist es den Partnern Laser Zentrum Hannover eV (LZH), Optomaterials Srl (Italien) und Altechna (Litauen) nun gelungen, eine rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle aufzubauen, die für Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden können .

Der italienische Partner Optomaterials produziert konkurrenzfähige Kristalle, die das litauische Unternehmen Altechna mit einer speziellen Beschichtung versieht. Um die notwendigen Eigenschaften für Weltraumanwendungen zu erreichen, hat Altechna spezielle Beschichtungsdesigns und -prozesse entwickelt, die auf Ionenstrahl- und Magnetron-Sputterverfahren basieren.

Wissenschaftler am LZH haben die Kristalle in speziellen Laseranlagen auf Herz und Nieren getestet. Sie haben diese Systeme mit Blick auf zukünftige Anwendungen entwickelt. Die Demonstratoren könnten den Grundstein für neue laserbasierte Messgeräte legen. Die Wissenschaftler des LZH setzten die Alexandritkristalle Protonen- und Gammastrahlung aus und ließen sie mehrere für Weltraumanwendungen typische Temperaturzyklen durchlaufen.

Vor und nach diesen Umwelttests haben sie die Kristalle unter anderem hinsichtlich ihrer Transmissionseigenschaften und Laserleistung charakterisiert. Da die Umwelttests die gemessenen Parameter nicht wesentlich veränderten, konnte die Weltraumtauglichkeit nachgewiesen werden. Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass die laserinduzierte Zerstörschwelle (LIDT) der Kristalle der von Spitzenprodukten auf dem Weltmarkt entspricht oder diese sogar übertrifft.

Dem GALACTIC-Team ist es damit gelungen, den Technology Readiness Level (TRL) weltraumtauglicher Alexandritkristalle aus Europa von 4 auf 6 zu erhöhen und die Kristalle zur Marktreife zu bringen.

Alexandritkristalle haben eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und Bruchfestigkeit. Daher eignen sie sich für den Einsatz in Hochleistungslasersystemen und sind robust genug, um den rauen Bedingungen im Weltraum standzuhalten.

Da sich mit den Kristallen die Ausgangswellenlänge von Lasersystemen abstimmen lässt, könnten sie die Grundlage für neuartige laserbasierte Messgeräte für Erdbeobachtungssatelliten bilden. Mit solchen Instrumenten könnten genauere klimarelevante Daten über den Zustand der Atmosphäre oder der Vegetation erhoben werden.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Optics Express veröffentlicht.

Mehr Informationen: S. Unland et al., Hochleistungs-cavity-dumped gütegeschalteter Alexandritlaser CW-diodengepumpt in Doppelpasskonfiguration, Optics Express (2022). DOI: 10.1364/OE.478628

Zeitschrifteninformationen:Optik-Express

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