Skalierungseffekte hochenergetischer Laserstrahlung

Skalierungseffekte hochenergetischer Laserstrahlung#

© Fraunhofer EMI
Industrielaser mit einer Leistung von bis zu 120 Kilowatt.

Das Fraunhofer EMI hat sein Speziallabor für Untersuchungen der Wirkung intensiver Laserstrahlung um einen extrem leistungsstarken Hochenergielaser erweitert. Nach Aussagen des Herstellers stellt dieser Laser gegenwärtig den weltweit stärksten Industrielaser für Dauerstrichbetrieb auf der Basis von Faserlasertechnologie dar. Damit stehen zukünftig erheblich erweiterte experimentelle Fähigkeiten zur Verfügung, um im Labor bei kurzen Abständen die Effekte von hochintensiver Laserstrahlung und Skalierungseffekte zu untersuchen. Denn Grundlagenuntersuchungen können nun bis zu einer Leistung von 120 Kilowatt erweitert werden.

Die Ausgangsleistung des neuen Lasers orientierte sich an der Erwartung von Experten, die eine Einführung von Laserwaffen mit einer Leistung von deutlich über 100 Kilowatt ab der Mitte dieses Jahrzehnts erwarten. Damit wurde am EMI die Basis geschaffen, die Bundeswehr durch wissenschaftliche Analysen zur Laserwirkung zu unterstützen und Untersuchungen zum Schutz von Soldaten und Soldatinnen bei der Anwendung von Hochenergielaserwaffen durchzuführen. Exemplarisch bietet das neue Labor die Möglichkeit, die Laserfestigkeit von Materialien für zukünftige wehrtechnische Systeme zu prüfen. Die Robustheit gegenüber Laserbestrahlung kann nun über einen extrem weiten Leistungsbereich untersucht und bewertet werden.

© Fraunhofer EMI
Innenansicht der Untersuchungskammer Laserwirkung.

Im Rahmen von Grundlagenuntersuchungen soll der Laser für die Analyse der Laser-Materie-Wechselwirkung in diesem bisher noch wenig erforschten Leistungsbereich eingesetzt werden. Durch den Laser lassen sich nun innerhalb kürzester Zeiten sehr hohe Energieeinträge in die Werkstoffproben erreichen, gegenüber denen die Wärmediffusionsprozesse verhältnismäßig langsam sind. In engem Zusammenhang damit stehen wissenschaftliche Fragen zu thermischen Effekten und thermomechanischem Werkstoffverhalten sowie deren Skalierung mit der Laserleistung. Mit der neuen Laborfähigkeit lassen sich insbesondere Phänomene des Materialversagens im Hinblick auf Temperaturabhängigkeit und Aufheizratenabhängigkeit über einen extrem weiten Leistungsbereich untersuchen. Die neuartigen Versuchsmöglichkeiten erweitern die Basis von Versuchsdaten erheblich, die dann weiter für die Modellbildung für die numerische Simulation sowie für die Erschließung neuartiger Anwendungsgebiete zur Verfügung steht.

© Fraunhofer EMI
Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer Aluminiumprobe während der Lasereinwirkung.