Kohärente Kopplung als Methode der Leistungsskalierung: Systemanforderungen, Systemnutzen für Laserwaffensysteme

Abstract

Die Skalierung der Ausgangsleistung von Festkörperlasern auf mehr als 100 kW bei gleichzeitig hervorragender Fokussierbarkeit ist nach derzeitigem Stand der Technik für alle aktuell untersuchten Laserkonzepte eine Herausforderung. Eine Alternative dazu ist die Kopplung von mehreren bzw. vielen Laserquellen. Damit reduziert sich die Leistungsanforderung an die einzelne Laserquelle, wodurch hervorragende Fokussierbarkeit leichter erreicht werden kann. Die Fokussierbarkeit der Einzelquelle bleibt nur bei kohärenter oder spektraler Kopplung erhalten. Die kohärente Kopplung ist ein anspruchsvoller Ansatz, der die Skalierung zu einer sehr hohen Anzahl von Einzelquellen ermöglicht und nicht wie die spektrale Kopplung durch die Verstärkungsbandbreite der Laser limitiert ist. Weiterhin besteht bei der kohärenten Kopplung die grundsätzliche Möglichkeit zur Strahlformung bzw. zur Kompensation atmosphärischer Turbulenz. Aktuelle Arbeiten nutzen theoretische und numerische Modelle zur Berechnung der Kopplungseffizienz und erlauben die genaue Bestimmung der technischen Anforderungen an die verwendeten Laserquellen und Regelungsverfahren. Durch die Kombination mit Modellen für die Propagation von Laserstrahlung durch atmosphärische Turbulenz können zusätzlich Möglichkeiten zu ihrer Kompensation untersucht werden. Diese Arbeiten werden durch experimentelle Untersuchungen an Laserquellen basierend auf der Scheibenlasertechnologie ergänzt. Aus den theoretischen und experimentellen Ergebnissen können erste Schlussfolgerungen zu erzielbaren Kopplungseffizienzen, der Leistungsfähigkeit in der Kompensation atmosphärischer Turbulenz sowie hinsichtlich Modularität und Redundanz des Ansatzes abgeleitet werden. Zugleich ergeben sich auch Systemanforderungen bezüglich der sinnvollen Anzahl von Einzelemittern, der erforderlichen Strahlformung, zusätzlicher Kompensation von atmosphärischen Propagationseffekten (z.B. Strahljitter) sowie der mechanischen und thermischen Stabilität.