Hochenergie-Laserwaffentechnologie

Hochenergielaser-Forschung: Von Komponenten über Systemaspekte bis zur Anwendung

Um die Fähigkeiten von Hochenergielasern (HEL) für Verteidigung und Sicherheit detailliert zu bewerten und neue Technologien verfügbar zu machen, müssen die komplexen Zusammenhänge der relevanten Themenfelder übergreifend und interdisziplinär behandelt, simuliert und experimentell realitätsnah demonstriert und verifiziert werden. 

Die Wechselwirkungen des Laserstrahls mit der Atmosphäre können die Intensität, die Fokusgröße und damit die Wirkung des Strahls über große Entfernungen erheblich verändern – ein entscheidender Aspekt für die Einsetzbarkeit und Leistungsfähigkeit eines Laserwaffensystems. Das Fraunhofer IOSB adressiert die kritischen Aspekte von Laserwaffensystemen. Eine institutsintern entwickelte numerische Simulation der Strahlausbreitung, die alle relevanten atmosphärischen Effekte wie Beugung, turbulente oder thermische Aufweitung und andere nichtlineare optische Effekte berücksichtigt, wurde auf Laserarchitekturen wie kohärente Strahlkombination erweitert. Die kohärente Strahlkombination hat das Potential, atmosphärische Turbulenz inhärent zu kompensieren und damit die effektive Wirkreichweite zu erhöhen.

Innovative Technologien für Hochenergielasersysteme

Am Fraunhofer IOSB wird ein neues 120 kW-Lasersystem mit kohärenter Kopplung installiert. Dieses wird für die Verifikation des Wirkprinzips der kohärenten Kopplung und weitere Experimente zur Wirkung und Sicherheit von Hochenergielasersystemen eingesetzt. Das Fernfeld dieses Systems weist eine sehr schmale zentrale Intensitätskeule auf, was es für eine Anwendung in Laserwaffensystem sehr interessant macht. In einer mobilen Messanlage integriert, ermöglicht dieses Lasersystem Untersuchungen zur Strahlausbreitung und Kompensation atmosphärischer Turbulenz in Echtzeit sowie Laserwirkung und Sicherheitsaspekte unter realistischen Bedingungen. Ein weiterer Aspekt ist die systematische Erforschung von Aerosolen und ihren Auswirkungen auf Wetter und Streuverhalten von Laserstrahlung. Zur Erforschung dieser dynamischen Prozesse wird vom Fraunhofer IOSB eine Expansionswolkenkammer konzipiert und realisiert. Temperatur, Druck und Luftfeuchte werden eingestellt und verschiedene atmosphärische Zustände, inkl. Wolkenbildung, reproduzierbar nachgestellt. Dies erlaubt eine umfassende Betrachtung der Lasersicherheit und die Erarbeitung entsprechender Konzepte für Erprobung, Übung und Einsatz.

Das Fraunhofer IOSB erforscht neuartige und verbesserte Laserkomponenten und Laserarchitekturen auch für zukünftige Hochenergielaser mit einer Wellenlänge >1,4 µm und reduziertem Gefährdungsbereich. Dazu gehört auch die Herstellung aktiver Hochleistungs-Laserfasern und Faserlaserkomponenten sowie die Züchtung von Laserkristallen zur Sicherstellung der nationalen technologischen Souveränität und Versorgungssicherheit.

Entwicklungserfolg am Fraunhofer IOSB

Im Jahr 2022 wurde am Fraunhofer IOSB ein Thulium-Faserlaser mit einer Ausgangsleistung von 940 W bei 2 µm entwickelt. Im Anschluss wurden integrierte Faserlasermodule realisiert. Gegenwärtig werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, die sich auf die Realisierung eines Lasersystems mit kohärenter Kopplung konzentrieren, um eine Laserausgangsleistung von 10-20 kW im 2 µm Bereich mit atmosphärischer Korrektur zu erreichen. Das Fraunhofer IOSB deckt alle kritischen Glieder der Wertschöpfungskette eines Laserwaffensystems ab und ermöglicht umfassende Analysen und Bewertungen zur Wirksamkeit und Effektivität solcher Systeme in relevanten militärischen Szenarien.