Panorama

Kristalle für den Kosmos

06.01.2022 - 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

 

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