Ein Faserverstärker ist die Auswerte- und Steuereinheit eines Lichtleitersensors. Er sendet Licht durch eine Glas- oder Kunststofffaser und wertet die reflektierte oder unterbrochene Lichtmenge aus, um Objekte zuverlässig zu erkennen. Solche Systeme eignen sich besonders für enge Einbauräume, hohe Temperaturen oder Anwendungen mit wenig Platz für herkömmliche Sensoren – und ganz besonders auch für den Einsatz im Weltraum. Sie sind kompakt, robust und unempfindlich gegenüber Vibrationen, da das Licht in der Faser geführt wird und kaum bewegliche Teile nötig sind. Zudem liefern sie eine hohe Strahlqualität bei vergleichsweise geringem Energieverbrauch, wodurch sie sich gut in raumfahrttechnische Systeme integrieren lassen.

Europäische Lieferketten etablieren

Damit Faserverstärker im All über Jahre zuverlässig arbeiten, müssen ihre Bauteile sowohl die Belastungen beim Transport ins All als auch die Bedingungen im Weltraum überstehen. Eine Reparatur oder ein Austausch ist nicht möglich. Zusätzlich sollen die Komponenten Laserleistungen von mehr als 100 Watt bereitstellen können – eine Anforderung, für die derzeit kaum europäische Lieferanten verfügbar sind. Im Projekt „Höchstleistungsfaserkomponenten für Laseranwendungen im Weltraum“ entwickelt das LZH daher solche faseroptischen Komponenten gezielt weiter. Die Wissenschaftler des LZH analysieren und optimieren dafür die Fertigungsprozesse für die Faserkomponenten. Beispielsweise überprüfen sie, welche Fasern, Klebstoffe und Gehäusematerialien sich für den Einsatz im Weltraum eignen.

Komponenten für extreme Bedingungen

Die im Projekt zu entwickelnden Komponenten werden umfangreichen Tests unterzogen: Sie müssen Temperaturen weit über und unter null Grad Celsius, Temperaturwechsel, Vakuum, mechanische Vibrationen, Schockbelastungen und Gammastrahlung aushalten. Auch typische Lagerbedingungen werden am LZH simuliert. Aus den Analysen können die Wissenschaftler potenzielle Schwachstellen erkennen, die in einer zweiten Fertigungsrunde behoben werden.

Anwendungen über die Kommunikation hinaus

Die Projektergebnisse sollen den Weg für einen Technologietransfer in die Industrie ebnen. Das übergeordnete Ziel dabei ist, künftig weltraumgeeignete Faserkomponenten in Europa im industriellen Maßstab herstellen zu können und so strategische Abhängigkeiten abzubauen. Mittelfristig eröffnen sich weitere Einsatzfelder für Hochleistungslaser im All. Dazu zählen laserbasierte Produktionstechniken wie Schweißen oder Additive Fertigung direkt im Weltraum. Zudem können die Komponenten in optischen Quantentechnologien wie dem abhörsicheren Quantenschlüsselaustausch (QKD) zum Einsatz kommen.