Oszilloskope Laser im Weltall

Laserdioden finden in Satelliten mannigfaltige Einsatzgebiete. Da das Ausbringen eines solchen im Orbit ex­trem teuer und Wartung nur sehr eingeschränkt möglich ist, müssen sämtliche Systeme bis ins kleinste Detail geprüft werden. Zu diesem Zweck sind leistungsfähige Messinstrumente unabdingbar.

Eine typische Lasersystemanwendung in der Raumfahrt ist die präzise Entfernungsmessung. Benutzt werden Radar-ähnliche »Lidar«-Systeme, die vollständige dreidimensionale Bilder von Geländeoberflächen erzeugen, Proben von planetaren Atmosphären analysieren und Laser-basierende Weltraumkommunikation mit hoher Bandbreite und geringer elektromagnetischer Störung ermöglichen.

Das ESTEC (European Space Research and Technology Centre) der ESA (European Space Agency) ist für die Entwicklung und Verwaltung von Raumfahrtmissionen verantwortlich. Die Missionen haben unterschiedliche Ziele, beispielsweise die generelle wissenschaftliche Erforschung, satellitengestützte Navigation, Erdbeobachtung oder Kommunikation im Weltraum. Die ESTEC verfügt über ein Umwelt-Testzentrum für Raumfahrzeuge und unterstützt Entwicklungslabors mit Systemtechnik, Komponenten und Materialien. Das Testzentrum verfügt über ein Optoelektroniklabor, das auf die Leistungsprüfung von aktiven optischen Instrumenten, einschließlich Hochleistungslasersysteme und Komponenten für Festkörperlaser spezialisiert ist. Das Labor hat einen Reinraum der Klasse 10 000 (ISO 7), zwei komplette Laborausstattungen und ist für den Betrieb von Klasse-4-Lasersystemen gebaut. Es verfügt über die notwendige Ausrüstung zur Messung von optischen Spektren, Laserstrahlprofilen, Leistung, Energie, Stabilität sowie Modulations- und Rückstreueffekten im freien Raum und in optischen Fasern.

Die Europäische Weltraumbehörde nutzt im ESTEC in Noordwijk, Niederlande, Digitalspeicheroszilloskope von Yokogawa für Auswahltests. Getestet werden verschiedene Hochleistungslasersysteme, die für den Einsatz auf Weltraumsatelliten vorgesehen sind. Die Messgeräte – zunächst ein »DL6154«-Oszilloskop, das derzeit von einem »ScopeCorder DL850« ergänzt wird – werden speziell zur Untersuchung von laserinduzierten Kontaminationen oder Belastungstests eingesetzt. Der Einsatz erfolgt auch in Versuchsaufbauten zur Entwicklung von Laserdioden, die als Pumpquellen für Festkörperlaser dienen. Diese Tests umfassen die Aufzeichnung von großen Datenmengen über einen längeren Zeitraum: mehrere Wochen oder in einigen Fällen sogar Monate.

Bei den Tests werden Spannungen und Ströme unter kontrollierten Umwelt­bedingungen erfasst. Außerdem müssen die Messgeräte bei Belastungstests in der Lage sein, sehr kurze Unterbrechungs­erscheinungen und besondere Ereignisse automatisch zu erkennen und zu speichern. Darüber hinaus wird das DL6154 verwendet, um Pulsformen eingestreuter Einkopplungen von Festkörperlasern zu überwachen. Angewendet wird dies beispielsweise im Zusammenhang mit Zerstörungsversuchen. Dieses Oszilloskop kann am Laserausgang auftretende Intra-Impuls-Modulationen erfolgreich erkennen, auch wenn keine Laseremission stattfindet. Es bietet daher Informationen über das Verhalten des Lasers. Die Auswertung der gemessenen Parameter und der Umgebungsbedingungen müssen mit der optischen Leistung des Prüflings korreliert werden, im Speziellen das Ausgangsleistungsprofil. Die Kompatibilität mit der Software »Labview« von National Instruments erleichtert die anschließende Analyse der Daten.