Streuung von Laserstrahlung am Ziel: Experimentelle Ergebnisse und ihre Modellierung

Abstract

Sowohl für den Einsatz als auch für den Test und die Erprobung von Laserwaffensystemen sind Einschätzungen zur Gefährdung durch Laserstrahlung von erheblicher Bedeutung. Eine nicht zu vernachlässigende Gefährdung kann dabei von der am jeweils beaufschlagten Ziel gestreuten bzw. reflektierten Laserstrahlung ausgehen. Um die Gefährdungen abzuschätzen, sind Computersimulationen auf Basis von Raytracing ein wichtiges Hilfsmittel. Diese Risikoabschätzungen benötigen belastbare Modelle der Streucharakteristiken von beaufschlagten Zielen. Zur Ermittlung solcher Streucharakteristiken wurden Experimente zur Streuung von Hochenergielaserstrahlung an verschiedenen Materialproben durchgeführt. Die Experimente wurden sowohl in kontrollierter Umgebung in einer Bearbeitungsbox als auch unter typischen atmosphärischen Bedingungen auf der Laserfreistrahlstrecke des Instituts für Technische Physik am Standort Lampoldshausen durchgeführt. Untersucht wurden dabei zunächst Materialproben aus Stahl und Aluminium mit unterschiedlichen Oberflächenrauigkeiten. Die Ergebnisse zeigen, dass einfache Modelle, bei denen lediglich eine diffus streuende Streucharakteristik angenommen wird, für die Beschreibung wenig geeignet sind. Zum einen weicht die in Experimenten gemessene räumliche Verteilung des Streulichts stark von der in einfachen Modellen beschriebenen Streulichtverteilung ab, zum anderen änderte sich die in den Experimenten beobachtete Streucharakteristik während der Beaufschlagung. Als bessere Lösung für eine Nutzung der Ergebnisse für Raytracing wurde das sogenannte ABg-Modell gewählt, in dem eine Streulichtcharakteristik durch lediglich drei freie Parameter beschrieben werden kann. Dieses wird von vielen Raytracing-Programmen unterstützt, so dass die ermittelten ABg-Parameter vielfältig eingesetzt werden können. Mittelfristig sollen so generische Modelle für typische Zielklassen erstellt werden.