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Gerichtete Optische Gegenmaßnahme (DIRCM)



Beschuss eines Transportflugzeugs mit tragbaren, infrarotgelenkten Boden-Luft-Rakten (ManPADS) und Abwehr des Flugkörpers durch gerichtete Laserstrahlung.
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Ringresonator eines Optisch Parametrischen Oszillators
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Modellierung zur Propagation der Pump- (links) und Idlerstrahlung (rechts) eines
Optisch Parametrischen Oszillator
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Optisch Parametrischer Generator zur Erschließung des mittleren Infrarotbereiches basierend auf einem periodisch gepolten Lithium-Niobat-Kristall (PPLN, links). Das Farbenspiel im rechten Teil des Bildes wird dominiert durch die beim nichtlinearen Prozess entstehenden höheren Harmonischen der Pump- und Signalwelle. Die Visualisierung der Infrarotstrrahlung erfolgt mit Hilfe einer Thermofolie (mittlerer Schirm).

Laserquellen im mittleren IR-Spektralbereich

Die zunehmende Bedrohung von Luftfahrzeugen durch Boden-Luft-Flugkörper (z. B. ManPADS, Man Portable Air Defense Systems) erfordert innovative Maßnahmen zur Erhöhung der Überlebensfähigkeit und zum Schutz. Insbesondere die „Gerichtete Optische Gegenmaßnahme“ im mittleren infraroten Spektralbereich (DIRCM, Directed Infrared Countermeasure) gewinnt dabei immer stärker an Bedeutung.

Bei der Gerichteten Optischen Gegenmaßnahme wird der Infrarotsuchkopf einer anfliegenden Rakete durch die Beaufschlagung mit spektral angepasster Laserstrahlung reversibel (Blendung) oder irreversibel (Schädigung) gestört.

Neben einer kompakten Bauweise und einem guten Wirkungsgrad ist eine wesentliche Anforderung an die Störlaser die Bereitstellung einer kontinu­ierlich durch­stimmbaren, hinrei­chend hohen mittleren Laserleistung über einen breiten Wellenlängenbereich. Da bisher keine direkten Laserquellen ausreichender Leistung im mittleren Infrarot zur Verfügung stehen ist der Optisch Parametrische Oszillator (OPO) oder Generator (OPG) für den Infrarot­bereich zwischen 3 µm und 5 µm die Methode der Wahl.
Dabei wird die Laserstrahlung fest­frequenter Festkörperlaser (Pumplaser), die bei einer Welenlänge von 1 µm oder 2 µm abstrahlen, durch nicht­li­neare Prozesse in optischen Materia­lien (Kristallen) in zwei neue durch­stimmbare Laserwellen konvertiert. Es entstehen die sogenannte Signal- und Idler­strahlung. Die Idlerstrahlung über­deckt den relevanten Wellenlängenbereich im mittleren Infrarot.

Im Labor werden alternative OPO- bzw. OPG-Konzepte evaluiert und im Hinblick auf Laserleistung, Strahl­qualität, Emissionswellenlänge und Wirkungsgrad optimiert und bewer­tet. Dies schließt intensive Recherchen zu verfügbaren nichtlinearen Kristallen und deren optische Charakterisierung mit ein, wobei insbesondere wegen der auftretenden hohen Pulsspitzen­leistungen die exakte Bestimmung der Zerstörgrenzen unabdingbar ist.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verfügbarkeit der festfrequenten Pumplaser, die nicht ohne weiteres kommerziell erhältlich sind. In Zusam­menarbeit mit Laserentwicklungs­firmen werden diese Pumplaser spezifiziert und meist in Einzelanfertigungen hergestellt.

Unterstützend wurde eine erweiterte Computersimulation entwickelt, die den Aufbau des Strahlungsfeldes und die daraus resultierende Strahlqualität generiert, so dass eine bessere Ausle­gung des Experiments erwartet werden kann.
Derzeit ist die Modellierung einer 3-dimensionalen Strahlpropagation (Laserintensitätsverteilung in trans­versaler xy-Richtung und Laserstrahl­ausbreitung in longitudinaler z –Richtung) möglich. Dabei ist die nichtli­neare Wechselwirkung der drei be­teiligten Laserstrahlen (Pump-, Signal- und Idlerwelle) im Kristall direkt in das numerische Schema der Strahlpropagation eingebunden. Sowohl Beugungseffekte der Lichtpropagation, Doppelbrechung sowie Rückkopplungen der Signal- und Idlerwelle auf die Pumpwelle sind in diesem theoretischen Modell enthalten.
Mit Hilfe von OPOs und OPGs ist es möglich durchstimmbare Laser zu entwickeln, die sowohl kontinuierlich als auch gepulst betrieben werden können. Das erklärte Forschungsziel ist die Entwicklung eines hinreichend leistungsstarken, gepulsten Laser­systems im Wellenlängenbereich von 3 µm bis 5 µm.
Die oben angesprochene Entwicklung erschließt erstmalig den mittleren Infrarotbereich für kompakte und effiziente Laserquellen hoher Brillanz. Durch umfassende Simulationen werden neue Erkenntnisse bei der Wechselwirkung von kohärenter Strahlung mit neuen optischen Materialien gewonnen.


Kontakt
Dr.rer.nat. Hans-Albert Eckel
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Technische Physik
, Studien & Konzepte
Stuttgart

Tel.: +49 711 6862-714

Fax: +49 711 6862-788

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