Propagation von Laserstrahlung durch die Atmosphäre
Propagation von Laserstrahlung durch die Atmosphäre
Die atmosphärische Propagation von Laserstrahlung ist in einer wachsenden Zahl unterschiedlicher Disziplinen von Bedeutung. Dazu gehören die lasergestützte Luftverteidigung, optische Kommunikation, die Satellitenverfolgung ebenso wie die lasergestützten Ferndetektionsverfahren. Die Signalgüte in großer Entfernung zur Strahlquelle wird bestimmt durch die Lasereigenschaften und die Einflüsse der turbulenten Atmosphäre auf die Laserstrahlung. Am Institut für Technische Physik werden diese Effekte für relevante Lasertypen numerisch und experimentell untersucht.
Neben der veränderlichen Transmission der Atmosphäre infolge unterschiedlicher Witterungsbedingungen werden auch die Einflüsse der optischen Turbulenz auf das Strahlwandern und die Strahldeformation betrachtet.
Numerische Studien zur Beschreibung der atmosphärischen Propagation begleiten die experimentellen Arbeiten. Die Simulationsmodelle werden vorrangig intern entwickelt und fortlaufend erweitert und beschreiben das Turbulenzverhalten der Atmosphäre auf Basis der Turbulenz-Phasenschirm-Methode und nutzen FFT-Methoden für die Berechnung. Numerische Methoden und experimentelle Untersuchungen ergänzen sich in der Beschreibung der Propagationseigenschaften.Die Quantifizierung der Propagationseigenschaften von Laserstrahlen stellt einen integralen Bestandteil der Auslegung vieler laserbasierter Systeme dar. Dazu zählen unter anderem die Fokussierbarkeit, die auftretenden Strahllageschwankungen sowie die im Ziel zu erwartenden Intensitätsprofile. Besonders bei der Propagation von Laserlicht durch die Atmosphäre, was unweigerlich zu turbulenzbedingten Beeinträchtigungen von Strahleigenschaften führt, stellt dies oftmals einen limitierenden Faktor beim Einsatz von laserbasierten Systemen dar. Am Institut für Technische Physik wird die Propagation durch turbulente Atmosphäre daher sowohl experimentell untersucht als auch durch Simulationen modelliert.
Als Strahlungsquelle für Propagationsversuche auf der Freistrahlstrecke stehen verschiedene Laserquellen zur Verfügung. Neben Systemen kleiner Leistung im sichtbaren und nahen Infrarot ist dies insbesondere ein industrieller Scheibenlaser mit maximal 6 kW Leistung (TruDisk 6001). Die Strahlführung innerhalb der Sendestation (TS, Transmitterstation) dient der Aufweitung der Laserstrahlung und der Fokuseinstellung. Zur Reduktion von Aberrationen besteht das Teleskop aus parabolischen Spiegeln, die exzentrisch zur optischen Achse angeordnet sind. Der Sendespiegel ist computergesteuert regelbar und kann zur Zieleinstellung und Nachführung benutzt werden. Vor Austritt der Laserstrahlung auf die Freistrahlstrecke wird ein Teil der Strahlung in einen Messaufbau reflektiert, in dem zum einen eine Kamera Position und Verteilung der Strahlungsintensität aufnimmt und zum anderen die Strahlungsleistung mit zwei unterschiedlichen Aufnehmern gemessen wird.
In der Empfangsstation (RS) der Freistrahlstrecke befindet sich ein ähnlicher Messaufbau. Im Unterschied zur direkten Bestrahlung der Kamera in der TS wird dort die Laserstrahlung von einer Streuscheibe abgefilmt. Aus dem Vergleich zwischen den Messergebnissen aus TS und RS lässt sich der atmosphärische Einfluss auf die Ausbreitung der Laserstrahlung ermitteln.
