GALACTIC: Alexandrit-Laserkristalle aus Europa für Anwendungen im Weltraum

Alexandrit-Laserkristalle eignen sich gut für den Einsatz in Satelliten zur Erdbeobachtung. Sie sind robust und ermöglichen Lasersysteme mit einer durchstimmbaren Ausgangswellenlänge. Im europäischen Horizon 2020-Projekt GALACTIC ist es den Partnern Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), Optomaterials S.r.l. (Italien) und Altechna (Litauen) nun gelungen, eine rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle zu etablieren, welche im Weltraum eingesetzt werden können.

Der italienische Partner Optomaterials stellt wettbewerbsfähige Kristalle her, die das litauische Unternehmen 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.

Weltraumtauglichkeit erfolgreich bewiesen

Die Kristalle wurden von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am LZH in speziellen Lasersystemen auf Herz und Nieren geprüft. Diese Laserysteme haben sie im Hinblick auf spätere Anwendungen entworfen. Sie könnten den Grundstein für neuartige laserbasierte Messinstrumente legen.

Die LZH-Wissenschaftler:innen 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:innen zeigen: Die Laserzerstörschwelle (engl. Laser-Induced Damage Threshold, LIDT) der Kristalle reicht an die der Spitzenprodukte auf dem Weltmarkt heran – beziehungsweise übertrifft diese sogar.

Kristalle nun fit für den Markt: GALACTIC hat TRL 6 erreicht

Das EU-Projekt GALACTIC hat damit erfolgreich den Technologiereifegrad (engl. Technology Readiness Level, TRL) weltraumtauglicher Alexandrit-Kristalle aus Europa von 4 auf 6 angehoben und damit die Marktreife erreicht.

Besondere Eigenschaften für präzisere Daten

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.

Über GALACTIC

Im Projekt “High Performance Alexandrite Crystals and Coatings for High Power Space Applications” (GALACTIC) haben das Laser Zentrum Hannover e.V. zusammen mit Altechna und Optomaterials S.r.l. eine unabhängige, rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle aufgebaut. GALACTIC wurde mit Mitteln des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon 2020“ der Europäischen Union unter dem Förderkennzeichen Nr. 870427 gefördert. Koordiniert wurde GALACTIC vom LZH.

Original publication:

S. Unland, R. Kalms, P. Wessels, D. Kracht, and J. Neumann, "High-performance cavity-dumped Q-switched Alexandrite laser CW diode-pumped in double-pass configuration," Opt. Express 31, 1112-1124 (2023), https://doi.org/10.1364/OE.478628

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