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Pressemitteilung
Klare Sicht für große Teleskope –
Festkörperlaser mit abstimmbarer
Wellenlänge schafft den Durchbruch für die
Laser-Guide-Star-Technologie
Die Guide-Star-Alliance, Entwicklerteams um Dr. Domenico
Bonaccini Calia, Dr. Wilhelm Kaenders und Dr. Wallace Clements
am European Southern Observatory (ESO) in Garching, der
TOPTICA Photonics AG in Gräfelfing und der MPB
Communications Inc. in Montreal, erhalten den 3. Preis des
Berthold Leibinger Innovationspreises 2016.
Der Blick vom Cerro Paranal in den Nachthimmel ist ebenso
atemberaubend wie die chilenische Atacama-Wüste selber. Hier ist die
Atmosphäre trocken und die Luftströmungen nur schwach, die Sterne
scheinen zum Greifen nah. Auf einem Plateau in 2635 Metern Höhe
haben daher Astronomen der Europäischen Organisation für
astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre ESO das VLT
errichtet, das Very Large Telescope. Um noch schärfere Bilder zu
erhalten, wie sie sonst nur das Hubble-Teleskop im Weltraum
aufzunehmen vermag, haben sich Wissenschaftler einen Trick
ausgedacht, die Guidestar-Technologie. Sie benutzt das Licht heller
Sterne, um die von Luftbewegungen verursacht Störungen zu
erkennen und diese mittels sogenannter adaptiver, also dynamisch
einstellbarer Optiken in Echtzeit zu korrigieren.
Eine Voraussetzung der Guidestar-Technologie ist daher die
Anwesenheit eines hellen Sterns im Blickfeld des Teleskops. Doch je
tiefer der Blick ins All und damit in die Vergangenheit des Universums,
desto kleiner sind die beobachteten Himmelsregionen, und es fehlen
die ausreichend hellen Sterne. Die Lösung hierfür war schnell
gefunden. Sogenannte Laser-Guidestars sind künstliche Sterne am
Rand der Atmosphäre, erzeugt mit Laserstrahlen an jedem beliebigen
Himmelsfleck. Starke Laserstrahlen regen in 90 Kilometer Höhe
Natriumatome an, Überreste von Meteoriten, die beim Eintritt in die
Erdatmosphäre verglühen und diese Schicht immer wieder erneuern.
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Berthold Leibinger Stiftung
Johann-Maus-Str. 2
71254 Ditzingen, Deutschland
www.leibinger-stiftung.de
Dipl.-Phys. Sven Ederer
Telefon: +49 7156 303-35202
[email protected]
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Schwieriger war es dagegen, die erforderliche Laserstrahlung zu
erzeugen, um die Natrium-D-Linien bei 589 Nanometer anzuregen.
Anfangs kamen Farbstoff-Laser zum Einsatz, doch da hier die das
Laserlicht erzeugenden Farbstoffe in einer Flüssigkeit gelöst werden,
ist der Umgang mit diesen Strahlquellen nicht einfach. Sie sind in der
Leistung begrenzt, erfordern viel Wartung und können nicht in das
Teleskop integriert und mitbewegt werden.
Für die ESO war daher klar, dass ihr neues Laser-Guidestar-System
für das VLT eine neue Strahlquelle braucht. Ein Team um den Italiener
Dr. Domenico Bonaccini Calia entwickelte und patentierte eine
wesentliche Grundlage dieser neuen Strahlquellentechnologie am Sitz
der ESO in Garching. Ihr Idee: Erzeugung der erforderlichen
Wellenlänge mit Dioden- und Faserlasern mittels sogenannter RamanVerstärkung. Vereinfacht gesagt, wird das Licht einer InfrarotLaserdiode bei etwa 1178 Nanometer Wellenlänge in einer Glasfaser
verstärkt und anschließend die Frequenz verdoppelt. Was sich –
zumindest für Physiker – zunächst einfach anhört ist technisch
ausgesprochen anspruchsvoll. Die Leistung soll deutlich über 20 Watt
betragen, die Linienbreite klein, die Stabilität groß, der Austrittsstrahl
so parallel wie physikalisch möglich und das Gesamtsystem
weitgehend wartungsfrei sein. Die Entwicklungszeit, beginnend mit den
ersten Versuchen bei der ESO, dauerte insgesamt acht Jahre. Unter
kommerzieller Führung von TOPTICA folgten wesentliche patentierte
Entwicklungen, wie die Integration eines Rückpumpers. Schließlich war
war die Guide Star Alliance soweit, eine entsprechende Strahlquelle
nach industriellen Standards anbieten zu können. Für die Astronomen
wurde damit ein Traum zur Wirklichkeit.
Am 26. April 2016 kam der große Moment: Vier der Strahlquellen
waren bereits auf einem der Teleskope des VLT montiert und sendeten
beim „First Light“ ihre ersten Laserstrahlen in den Himmel. Für alle
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Beteiligten ein großartiges Ereignis und ein unbeschreiblicher Anblick.
Inzwischen ist für alle in Bau oder Planung befindlichen Teleskope mit
adaptiver Optik der Einsatz der neuen Strahlquellen vorgesehen.
Neben der Anwendung in der Laser-Guidestar-Technologie stehen den
Strahlquellen weitere Türen zu Anwendungen offen. Bedingt durch die
Flexibilität der Raman-Verstärkung können viele andere sichtbaren
Wellenlängen exakt und abstimmbar ausgegeben werden. Neben
anderen Weltraumanwendungen wie dem Aufspüren und der
Bahnverfolgung von Satelliten und Weltraumschrott mittels LIDAR,
dem Licht-Analogon zum Radar, sehen Dr. Wilhelm Kaenders,
Vorstand von TOPTICA und Dr. Wallace Clements, Entwicklungsleiter
bei MPB Communications, bereits heute Anwendungen ihrer
Strahlquelle in der Atomspektroskopie und in photonischen
Bildgebungsverfahren.
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