Experimentelle Nachbildung des von einem entfernten Satelliten ankommenden Laserstrahls

Kurzfassung

In der Satellitenmission GRACE-Follow-On sollen erstmals mit einem Laserinterferometer Variationen im Erdschwerefeld über Abstandsänderungen zwischen zwei Satelliten gemessen werden. Derzeit wird bei Airbus ein verbessertes Messinstrument für eine mögliche Nachfolgemission entwickelt. Aufgrund der großen Entfernung der Satelliten hat der ankommende Strahl einen sehr großen Strahldurchmesser und damit eine konstante Intensität und ebene Wellenfront. In dieser Arbeit wird ein Flat-Top-Laserstrahl in Laborumgebung erzeugt der diese Eigenschaften nachempfindet. Zusätzlich soll der Strahl in einem weiten Bereich in Ausbreitungsrichtung stabil sein. Zunächst werden verschiedene Ansätze untersucht, wie ein solcher Strahl erzeugt werden kann. Der gewählte Aufbau enthält eine blumenförmige Blende zur Strahlformung, um einen gaußförmigen Abfall der Intensität im äußeren Bereich des Laserstrahls zu erzeugen. Als Lichtquelle wird eine Glasfaser verwendet, deren divergenter Strahl in einem halben Meter Abstand auf die blumenförmige Blende und eine Kollimationslinse trifft. Die Blendenform wird mit dem Simulated Annealing Algorithmus auf die gegebenen Anforderungen hin optimiert und anschließend für die Fertigung angepasst. Das simulierte Beugungsbild hinter der Blende dient dabei als Bewertungskriterium. Die Berechnung führt auf eine gleichmäßige Intensität und Wellenfront in der Strahlmitte. Zur experimentellen Verifikation wird der gesamte Aufbau im Labor realisiert. Das gemessene Beugungsbild zeigt eine hohe Übereinstimmung mit der Simulation. Der resultierende Flat-Top-Strahl erfüllt die gestellten Anforderungen hinsichtlich Intensität und Wellenfront.