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DIE MESSE: Neue Ausgabe zur Laser World of Photonics (26. bis 29. Juni in München) erschienen

LASER 2017: Schockresistente Laser-Technik fürs All

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Interview mit Dr. Jens Löhring und Hans-Dieter Hoffmann, Fraunhofer ILT

23.06.2017

Ein Lasersystem, das auch unter extremen Bedingungen präzise arbeitet, soll künftig den deutsch-französischen Satelliten MERLIN bei der Erforschung von Methan-Emissionen unterstützen. Die Technologie dafür wird am Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt und auf der Laser World of Photonics vorgestellt.

 - Das LIDAR-System für die MERLIN-Mission enthält alle Komponenten vom Pumplaser bis zur Frequenzkonversion in einem besonders kompakten und weltraumtauglichen Aufbau.
© Fraunhofer ILT, Aachen
Das LIDAR-System für die MERLIN-Mission enthält alle Komponenten vom Pumplaser bis zur Frequenzkonversion in einem besonders kompakten und weltraumtauglichen Aufbau.

Herr Dr. Löhring, Herr Hoffmann, auf der Laser World of Photonics 2017 lenken Sie mit einem sechs Meter hohen Exponat – einem Modell einer Arianespace-Rakete – die Aufmerksamkeit der Messebesucher auf das deutsch-französische MERLIN-Projekt. Was ist das Ziel dieser Satelliten-Mission?

Ziel der Mission ist es, das klima­relevante Methan in der Erdatmosphäre mittels eines Licht-Radars (LIDAR) zu kartieren. Auch wenn Methan als Klimagas noch nicht so viel diskutiert wird wie Kohlendioxid, ist es bei der Erderwärmung aber pro Molekül 25-mal wirksamer. Kohlendioxid kommt jedoch in der Atmosphäre etwa 200-mal häufiger vor und ist damit absolut wirksamer. Seit 2007 steigt die Methankonzentration in der Atmosphäre schnell an, ohne dass die Ursachen für das Phänomen wirklich klar wären. Die Klimaforscher wollen deswegen anhand der Messungen verstehen, in welchen Regio­nen Methan in die Atmosphäre eingebracht wird und wo es abgebaut wird.

 - Dr. rer. nat. Jens Löhring, Leiter der Gruppe Packaging am Fraunhofer ILT
© Fraunhofer ILT, Aachen
Dr. rer. nat. Jens Löhring, Leiter der Gruppe Packaging am Fraunhofer ILT

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat für MERLIN ein Lasersystem entwickelt, das auch unter extremen Bedingungen präzise arbeitet. Was muss ein weltraumtauglicher Laser aushalten können?

Das System muss Schocks sowie Vibrationen bis 25 grms genauso aushalten wie thermische Wechsellasten von -30 °C bis +50 °C. Außerdem sollen organische Materialien wie Klebstoffe möglichst vollständig vermieden werden, um nicht die Umgebungsluft und damit die hochreinen Spiegelflächen zu verunreinigen. Und alles muss nach dem Start für die Missionsdauer von drei Jahren störungsfrei funktionieren. Mit FULAS (Future Laser System, gefördert durch die Europäische Weltraumorganisation ESA, FKZ C0O-8/09/FF), ist es uns nun gelungen, eine neue Technologieplattform für Lasersysteme zu entwickeln, die eine viel versprechende Basis für den weltraumtauglichen Laser darstellt.

Mit dem Future Laser System (FULAS) steht eine neue Technologieplattform für Lasersysteme zur Verfügung, die sich durch Flexibilität auszeichnet. Welche Optionen eröffnen sich damit?

Die Entwicklung des FULAS ist ein wichtiger Baustein für die Entwicklungslogik ähnlicher Systeme. Es lässt sich auf unterschiedliche Laserstrahleigenschaften und Missionen anpassen und kann so in Zukunft für verschiedenste LIDAR-Einsätze genutzt werden.

 - Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann, Leiter des Kompetenzfeldes Laser und Laseroptik am Fraunhofer ILT
© Fraunhofer ILT, Aachen
Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann, Leiter des Kompetenzfeldes Laser und Laseroptik am Fraunhofer ILT

Bei der Entwicklung FULAS setzen Sie auf das sogenannte Pick & Align-Verfahren. Was verbirgt sich dahinter? Warum ist das Verfahren auch für andere Branchen interessant?

Bei dem Pick & Align-Verfahren werden die opto-mechanischen Komponenten auf einer wärmedehnungskompensierenden Submountstruktur durch robuste und hochpräzise Lötverbindungen realisiert. Die sogenannten Mounts werden daraufhin mit einer zentralen Trägerplatte verschraubt. In einem Montageportal wird das Lot zwischen Optik und Subeinheit für die Justage dann gezielt über Stromzufuhr aufgeschmolzen, sodass die Optik mit Hilfe manuell geführter Roboter präzise eingestellt werden kann. Damit ist das Verfahren grundsätzlich automatisierbar und somit auch für andere Branchen interessant.

Auch der LIDAR-Laser für MERLIN baut auf der FULAS-Plattform auf. Was leistet der LIDAR-Laser?

Für den LIDAR-Betrieb soll das Lasersystem 9 mJ-Doppelpulse bei zwei Wellenlängen um 1645 nm im Einzelfrequenz-Betrieb liefern, wobei einer der Pulse spektral stets exakt auf eine charakteristische Methanabsorptionslinie eingestellt wird. Genutzt wird dafür ein maßgeschneiderter Aufbau aus einem Oszillator mit aktiver Längenregelung sowie dem mehrfach preisgekrönten InnoSlab-Verstärker bei einer Wellenlänge von 1064 nm und einem längengeregelten Frequenzkonverter (OPO) mit zwei KTP-Kristallen.

Ein Blick voraus: Wie sieht die weitere Roadmap für MERLIN aus?

Das Fraunhofer ILT arbeitet aktuell an der Beschaffung und Qualifizierung der Bauteile für ein Qualifikationsmodell und das finale Flugmodell des Lasers. Beide Laser werden dann zeitversetzt aufgebaut und in Kooperation mit Airbus D&S in ein druckdichtes Gehäuse integriert und getestet. Das Flugmodell wird schließlich in das LIDAR-Instrument integriert. Danach folgt die Integration des deutschen Instrumentes in die sogenannte MYRIADE Evolutions-Plattform der französischen Raumfahrtagentur CNES. Der Start der Rakete ist für das Jahr 2021 vom Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana vorgesehen.

http://www.ilt.fraunhofer.de

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