Zusammen mit fünf Partnern aus zwei weiteren europäischen Ländern entwickeln Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des LZH ein robustes Lasersystem für weltraumgestützte Messungen. Sogenannte LiDAR (Light Detection and Ranging)-Systeme erfassen mit Laserpulsen Abstände und Geschwindigkeiten, können aber auch die Konzentrationen von Spurengasen und Aerosolen in der Luft messen. Das Lasersystem soll zukünftig genutzt werden können, um unter anderem das Treibhausgas Kohlendioxid aus dem Weltall zu überwachen. Diese Daten zu Konzentrationen und Verteilungen können dazu beitragen, den menschengemachten Klimawandel besser zu verstehen und den Einfluss möglicher Gegenmaßnahmen nachzuverfolgen.

Weltraumtaugliches LiDAR-Lasersystem

Der neue Laser basiert auf einer hybriden Architektur. Er kombiniert die Vorteile von faseroptischen Systemen, die kompakt, vielseitig und wartungsarm sind, mit denen von Freistrahl-Designs, die ein hohes Potenzial zur Leistungsskalierung haben. Dazu arbeiten die Partner sowohl mit Faser- als auch Festkörperverstärkern. Diese kombinierte Lösung hat eine niedrigere Komplexität als herkömmliche Systeme und wird damit die Entwicklung des LiDAR-Systems für den Weltraum deutlich beschleunigen.

Europäische Unabhängigkeit im All

Im Rahmen des Projekts verbessern die Partner das Design eines gepulsten Thulium-Faserverstärkers für den nahen Infrarotbereich bei einer Wellenlänge von 2,05 Mikrometern. Ziel dabei ist, nur mit europäischen Komponenten einen Prototyp des Faserverstärkers mit dem Technologiereifegrad (TRL) 6 zu bauen. Um das gesamte Lasersystem für den Einsatz unter Weltraumbedingungen zu optimieren, erarbeiten die Partner zunächst ein mögliches Konzept für eine zukünftige Weltraummission. Darauf aufbauend entwickeln sie die Anforderungen an das dazugehörige LiDAR-System, an das optomechanische Design des Lasersystems und an die für den Betrieb der Faserverstärker benötigten, speziell angepassten leistungsstarken Laserdioden, die bei einer Wellenlänge von 790 Nanometern emittieren. Dies wird zusammengeführt in der Demonstration eines mit europäischen Komponenten aufgebauten, robusten Faserverstärkers. Abschließend wird dieser noch in ein hybrides Laser-Gesamtsystem integriert.

LZH führt Tests auf Weltraumtauglichkeit aus

Die Wissenschaftler des LZH sind im Projekt für die Tests auf Weltraumtauglichkeit zuständig. Sie werden einzelne Komponenten sowie den entwickelten Faserverstärker Vibrations- und Schock-, Temperaturwechsel- sowie Bestrahlungstests unterziehen. Der Faserverstärker soll innerhalb von drei Jahren von der bestehenden Technologiereife (TRL) 4 auf 6 weiterentwickelt werden.

Über HALLOA

Unter der Leitung von ONERA (Office national d’études et de recherches aérospatiales) arbeiten im Rahmen des Hybrid Amplifier Laser for LIDAR OperAtions (HALLOA)-Projektes sechs Forschungsinstitute und Unternehmen aus drei europäischen Ländern zusammen: Laboratoire de Métérorologie Dynamique, das LZH, Keopsys Industries, Lumibird Photonics Italia Srl und Erdyn Consultants SAS. Das Projekt wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont Europa der Europäischen Union unter dem Förderkennzeichen 101189970 gefördert.