Lasertechnologien für Verteidigunganwendungen

Bereits kurz nach der Erfindung des Lasers durch Gordon Gould Ende der Fünfzigerjahre in den USA wurde dieser durch das U.S. Militär gefördert – das militärische Potenzial einer Lichtquelle mit eng kollimiertem und daher weitreichendem Strahl wurde also sofort erkannt.

Zunächst wurden Laser insbesondere zur Entfernungsmessung militarisiert (Rubinlaser, Neodym-YAG-Laser), bei der die Laufzeit eines Laserpulses zwischen dem Emitter, dem Ziel und zurück bestimmt wird. Dies ist u. a. wichtig zur Errechnung von Feuerleitlösungen. Heutige Anwendungen gehen über reine Entfernungsmessung hinaus und ermöglichen es, ein Ziel mit einem Laserstrahl zu markieren, woraufhin eine selbstgelenkte Waffe, zum Beispiel eine lenkbare Bombe oder Geschoss diesen Laserfleck ansteuert und so ins Ziel gelenkt wird.

Natürlich spielte der Gedanke der Laserwaffe von Beginn an eine große Rolle, doch viele Ideen scheiterten an den damals ineffizienten weil mit Blitzlampen gepumpten Festkörperlasern. Einzig der CO2 -Laser mit seinem passablen elektrooptischen Wirkungsgrad von bis zu 30 % oder chemische Laser (WasserstoffFluor/Deuterium-Fluor, Sauerstoff-Jod, gasdynamische CO₂ -Laser), bei welchen chemische Gasreaktionen ein angeregtes aktives Medium realisieren, konnten über lange Zeiten die hohen Laserleistungen von etlichen 10 kW bis über MW aufbringen, die benötigt wurden. Da viele dieser Moleküllaser im Infraroten emittieren, wurden sehr große Spiegel benötigt, um die Laserleistung aufgrund der Beugung auf eine kleine Fläche in etlichen km bis 100 km Entfernung zu fokussieren.

Das änderte sich in den letzten 15 Jahren durch das Aufkommen leistungsstarker Faserlaser mit über 10 kW Grundmodeleistung pro Faser um 1 µm Wellenlänge. Für einige Anwendungen bereits ausreichend, lassen sich die Faserlaser aber auch spektral oder kohärent koppeln um noch höhere Leistungen auf die entsprechend nötige kleine Fläche zu bringen. So wurde zuletzt ein Schiff der US Navy testweise mit einer Laserwaffe ausgerüstet und auch in Deutschland wurden Tests mit see- und landgestützten Systemen unternommen. Dabei spielt die Abwehr von Drohnen und Granaten eine wichtige Rolle (s. Abb.). Lasersicherheit spielt hierbei natürlich eine besondere Rolle, insbesondere da entsprechende Konzepte vergleichbar zum Umgang mit konventionellen Waffen gefunden werden müssen, die auch nicht aus dem (deterministischen) Arbeitsschutz abgeleitet werden, sondern auf probabilistischen Grundlagen fußen. Daher wird in diesem Bereich auch an Hochleistungslasern mit Wellenlängen um 1,5-2 µm geforscht, die einen geringeren Gefährdungsbereich für das Auge aufweisen.

Ein weiteres sehr aktuelles Thema ist die Nutzung von Lasern zur Abwehr Infrarot-gelenkter Flugkörper zum Schutz fliegender Plattformen – sowohl militärisch als auch zivil. Hierzu werden insbesondere Infrarot-Laser im Wellenlängenbereich der Eigen-Wärmestrahlung der zu schützenden Objekte benötigt. Auf den Laserstrahl wird eine störende Information aufgeprägt, welche die Suchkopffunktion und Steuerung des Flugkörpers beeinträchtigt und den Flugkörper so von seinem Ziel wegführt.

Die aktuelle internationale Forschung und Entwicklung zielt neben der Leistungsskalierung von Kristall- und Faserlasern auch auf die Erschließung neuer Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums und die Überführung von neuen Lasertechnologien in robuste und kompakte Realisierungen, die insbesondere den hohen Anforderungen in Größe, Gewicht und Wärmeresilienz für einen militärischen Einsatz gewachsen sind. Bei den Waffenlasern wird zusätzlich an verschiedenen Möglichkeiten zur Kombination mehrerer Laserquellen zur weiteren Leistungssteigerung geforscht.