Streuung von Hochleistungslaserstrahlung bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen

Abstract

Das Institut für Technische Physik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) führt grundlegende Untersuchungen zur laserinduzierten Gefährdung durch Streustrahlung von Hochleistungs-Lasereffektoren durch. Dazu wird die Streustrahlung, die aufgrund von Streuprozessen an Aerosolpartikeln und Niederschlag als auch durch Reflexion an festen Oberflächen hervorgerufen wird, messtechnisch erfasst und ausgewertet. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, eine lasersicherheitsspezifische Gefährdungsanalyse für den Betrieb von Hochleistungs-Lasereffektoren zu erstellen, so dass eine potentielle Gefährdung für betreibendes Personal und unbeteiligte Dritte ausgeschlossen werden kann. Atmosphärische Aerosolpartikel wie z.B. Staub und Asche als auch Nebel, Regen und Schnee können einen Teil der Laserstrahlung aus der Hauptpropagationsrichtung des Laserstrahls herausstreuen. Zur messtechnischen Erfassung der über einen weiten Winkelbereich gestreuten Strahlung wurde ein Detektionssystem entwickelt, mit dem die Streustrahlung unter fünf verschiedenen Winkeln ermittelt werden kann. Die Detektionseinheiten des Systems wurden radiometrisch kalibriert, so dass absolute Streuleistungen bestimmt werden können. Das Detektionssystem wurde in umfangreichen experimentellen Untersuchungen unter trockenen Witterungsbedingungen, bei Regen und Schnee auf der Laserfreistrahlstrecke des Instituts am Standort Lampoldshausen getestet. Zum Abgleich der Messdaten wurde ein numerisches Modell erstellt, mit dem sich die auf den Detektoren auftreffenden absoluten Streuleistungen berechnen lassen. Das numerische Modell berücksichtigt die Laserstrahlparameter, die Detektionsgeometrie und die physikalischen Eigenschaften der Partikel. Es erlaubt weiterhin, Aussagen über die zu erwartende Streuleistung außerhalb des experimentell zugänglichen Bereichs zu treffen.