DLR - Institut für Technische Physik - Atmosphärische Propagation und Wirkung

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Atmosphärische Propagation und Wirkung

Zentrale Themen der Abteilung sind die Entwicklung einer hochbrillanten Laserquelle (Chemischer Sauerstoff-Iodlaser, COIL) sowie die Untersuchung der Propagation und Wirkung von Laserstrahlen unter realen atmosphärischen Bedingungen für ausgesuchte Anwendungsbereiche. Schwerpunkt der aktuellen Forschungsarbeiten ist die Entwicklung und Beurteilung lasergestützter Verfahren zur Stand-off Detektion von Schad- und Gefahrstoffen.

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Chemischer Sauerstoff-Iodlaser (COIL)

Die effiziente Fernwirkung von Laserstrahlung erfordert eine leistungsstarke Laserstrahlquelle und eine hohe Brillanz der Laserstrahlung. Gleichzeitig muss die Laserwellenlänge eine möglichst verlustfreie Transmission durch die Atmosphäre erlauben. Diese Anforderungen werden mit einem Chemischen Sauerstoff-Iodlaser in idealer Weise erfüllt. Das DLR untersucht und betreibt eine Eigenentwicklung dieses Lasertyps mit einer maximalen Laserleistung von 13 kW @ 1.315 µm.

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Resonatorentwicklung

Erst die Entwicklung adäquater Resonatoren ermöglicht die optimale Auskopplung der Laserstrahlung hinsichtlich Laserleistung und Strahlqualität. Eine besondere Herausforderung stellen hier Lasertypen mit schwach verstärkenden Medien und komplexen Auskoppelgeometrien dar. Speziell für diese Laser werden richtungweisende, feldfähige Resonatorkonzepte ausgelegt und bewertet. Erfolgversprechende Lösungen werden am chemischen Sauerstoff-Iodlaser eingesetzt und optimiert.

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Laserfreistrahlstrecke

Die Untersuchung des Atmosphäreneinflusses auf die Laserstrahlpropagation lässt sich nur sehr begrenzt innerhalb eines Labors durchführen. Die Komplexität und die Verschiedenartigkeit der meteorologischen Effekte erfordern Messungen unter realen atmosphärischen Bedingungen für zuverlässige Aussagen hinsichtlich des Strahlverhaltens. Zu diesem Zweck wurde am Standort Lampoldshausen ein vielseitiger "Open-air-Prüfstand" für Lasersysteme unterschiedlichster Anwendungsgebiete eingerichtet.

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Turbulenzdiagnostik und Mikrometeorologie

Die Atmosphäre wirkt sich durch ihre begrenzte optische Durchlässigkeit und durch Brechungsindexfluktuationen auf die Laserstrahlung aus. Die Folgen sind eine generelle Abschwächung der Sendeleistung entlang des Propagationspfads sowie Intensitäts- und Phasenfluktuationen. Der Einsatz einer kontinuierlichen, auf die Fragestellungen zur Propagation abgestimmten Wettermesstechnik ermöglicht das Erfassen und Quantifizieren der jeweiligen Störungen.

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Atmosphärische Propagation

Die atmosphärische Propagation von Laserstrahlung findet derzeit Einsatz in einer wachsenden Zahl unterschiedlicher Disziplinen. Dazu gehören die Laserkommunikation, die lasergestützten Ferndetektionsverfahren oder die Satellitenverfolgung. Die Signalgüte in großer Entfernung zur Strahlquelle wird bestimmt durch die Lasereigenschaften und die Einflüsse der turbulenten Atmosphäre auf die Laserstrahlung. Diese Effekte werden für relevante Lasertypen numerisch und experimentell untersucht.

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Wirkung

Die Wirkung von Hochenergielaserstrahlung auf verschiedenartige Zielstrukturen wird durch vielfältige Messmethoden diagnostiziert. Dazu gehören neben konventioneller Videotechnik und der räumlichen wie zeitlichen Temperaturverlaufsmessung auch Infrarot- und Hochgeschwindigkeitsvideografie an stationären und bewegten Targets. Neben Laboruntersuchungen geben Testserien im Freien Aufschluss über den Einfluss der Atmosphäre auf die Laserwirkung am Ziel.

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Lasergestützte Stand-off Detektion

Die Stand-off Detektion befasst sich im Rahmen der Sicherheitsforschung mit integrativen Systemen zur Detektion von Schad- und Gefahrstoffen an Oberflächen oder in der Luft. Dabei kommen gepulste Hochleistungslaser zum Einsatz. Die Herausforderung an die Detektions- und Identifikationsmethoden liegt im Erfassen und Erkennen unerwarteter Substanzen. Für ein frühzeitiges und zuverlässiges Erkennen potenzieller Gefahrenzustände ist die Kombination verschiedener Messverfahren notwendig.

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Kontakt

Dr.rer.nat. Jürgen Handke
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Technische Physik, Atmosphärische Propagation und Wirkung
Lampoldshausen-Hardthausen
Tel.: +49 6298 28-230
Fax: +49 6298 28-582

Laserstrahlpropagation durch die turbulente Atmosphäre (0,21 MB)

Resonatorentwicklung (0,15 MB)

Lasergestütze Stand-off Detektion von CB(RN)E (0,34 MB)

Laser-Freistrahlstrecke (0,17 MB)