DE102010051097A1 - Laser system, for generating high or compact power densities on the object - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung (1) zur Schaffung eines Lasers, der sich aus zwei oder mehreren Einzellasern (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) ergibt, die jeweils einen Einzelstrahl (50) erzeugen. Diese Einzelstrahlen (50) der Einzellaser (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) werden auf ein Ziel (15) projiziert und an diesem geometrisch überlagert, sodass sie in Summe die gewünschte Leistung am Ziel (15) realisieren. Auf Grundlage dieser Vorrichtung (1) wird des Weiteren ein Waffensystem (100) aufgezeigt, das neben wenigstens einer Feuerleitung (101), wenigstens einem Radar (102) und wenigstens einer Be- bzw. Auswerteeinheit (103) zwei oder mehrere Waffenlaser (20) aufweist, die voneinander auch beabstandet sein können.A device (1) is proposed for creating a laser that is made up of two or more individual lasers (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), each of which generates a single beam (50) . These individual beams (50) of the individual lasers (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) are projected onto a target (15) and geometrically superimposed on it, so that in total they achieve the desired output Realize goal (15). On the basis of this device (1), a weapon system (100) is also shown which, in addition to at least one fire control (101), at least one radar (102) and at least one evaluation or evaluation unit (103), has two or more weapon lasers (20) which can also be spaced from one another.
Description
Die Erfindung beschäftigt sich speziell mit der Realsierung von hohen Leistungsdichten auf entfernten Objekten, um diese bearbeiten und/oder zerstören zu können. Aufbauend auf dieses wird die Verwendung in einem Lasersystems mit hoher Leistung bei sehr guter Strahlqualität vorgesehen.The invention is specifically concerned with realizing high power densities on remote objects in order to process and / or destroy them. Based on this, the use is provided in a high power laser system with very good beam quality.
Laser werden in Niedrigenergielaser, Mittelenergielaser und Hochenergielaser klassifiziert bzw. eingeteilt.Lasers are classified into low energy lasers, medium energy lasers and high energy lasers.
Ein Verfahren zur adaptiven Strahlenregelung von Mittelenergielaserwaffen beschreibt die
Eine Vorrichtung mit einer Laseranordnung zur Bestrahlung eines Zieles ist Gegenstand der
Weitere Lasersysteme beschreiben die
In der
Hochenergielaser besitzen eine gute Strahlqualität nur im Leistungsbereichen bis etwa 10 kW. Dadurch sind Hochenergielaser mit beispielsweise Laserleistungen ≥ 20 kW und einer guten Strahlqualität schwer realisierbar. Ferner beschränken die Zerstörschwellen für die optischen Komponenten die maximal zulässige Laserleistung für eine gegeben Apertur.High energy lasers have a good beam quality only in the power range up to about 10 kW. As a result, high-energy laser with, for example, laser powers ≥ 20 kW and a good beam quality difficult to achieve. Furthermore, the damage thresholds for the optical components limit the maximum allowable laser power for a given aperture.
Aus der
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, die es ermöglicht, speziell einen Hochleistungslasersystem zu realisieren, dass eine kompakte Leistungsdichte am Objekt erzeugt.The object of the invention is to provide a device and a method which makes it possible to realize especially a high-power laser system that generates a compact power density on the object.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.The problem is solved by the features of
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Leistung auf mehere Laser aufzuteilen und diese am Ziel geometrisch zu überlagern, sodass in Summe am Ziel eine Geamtleistungsdichte aller Einzelleistungsdichten erzielt wird.. D. h., es ist vorgesehen, die benötigte Leistungsdichte durch zwei oder mehrere separate Lasersysteme (Laserzweige) bzw. kleinere Einheiten zu schaffen, die so miteinander gekoppelt (beispielsweise mittels spektralem oder optischem Gitter) werden, dass diese jeweils einen halben (X/2), drittel (X/3) oder viertel (X/4) Teil etc. der benötigten bzw. gewünschten Laserleistungsdichte bei guter Strahlqualität liefern, die auf dem Ziel geometrisch überlagert (Summenbildung) werden, um so auf das Objekt/Ziel selbst mit der vollen Leistungsdichte einzuwirken (
Zur optimalen geometrischen Überlagerung wird ein Beleuchtungssystem vorzugsweise Laser eingesetzt, der am Objekt den zu bestrahlenden Bereich markiert. Die Reflektion des Beleuchtungssignals vom Objekt wird vom Lasersystem registriert, vorzugsweise durch das gleiche Teleskop bzw. optische System durch das der Laserstrahl gesendet werden soll.For optimum geometric superimposition, an illumination system, preferably a laser, is used which marks the area to be irradiated on the object. The reflection of the illumination signal from the object is registered by the laser system, preferably by the same telescope or optical system through which the laser beam is to be transmitted.
Durch Ausrichtung des Teleskops auf den Reflex bzw. durch das Feintracking wird sichergestellt, dass alle Laserstrahlen den markierten Bereich bestrahlen und so die Leistungsdichte im markierten Bereich erhöhen. Auf diese Weise können zudem noch die atmosphärischen Änderungen der 1. Ordnung kompensiert werden.Aligning the telescope to the reflex or fine-tracking ensures that all laser beams illuminate the marked area, increasing the power density in the marked area. In this way, the atmospheric changes of the 1st order can be compensated.
Der Beleuchtungslaser kann grundsätzlich in zwei Betriebsarten getrieben werden: cw, gepulst. In der Betriebsart cw müssen sich die Wellenlänge des Beleuchtungslasers von der des Lasersystems unterscheiden, damit in den Lasersystem der Reflex des Beleuchtungslasers von dem des Lasersystems für die Auswertung separiert werden kann.The illumination laser can basically be driven in two modes: cw, pulsed. In In the operating mode cw, the wavelength of the illumination laser must be different from that of the laser system so that the reflection of the illumination laser in the laser system can be separated from that of the laser system for the evaluation.
Im gepulsten Betrieb können sowohl der Beleuchtungslaser als auch das Lasersystem die gleiche Wellenlänge besitzen. Durch geschickten Pulspausenbetriebe beim Beleuchtungslaser als auch beim Lasersystem kann gewährleistet werden, dass das Lasersystem nur den Reflex des Beleuchtungslaser (Beleuchtungslaser an, Lasersystem aus) auswertet.In pulsed operation, both the illumination laser and the laser system can have the same wavelength. By skillful Pulspausenbetriebe the illumination laser and the laser system can be ensured that the laser system only evaluates the reflex of the illumination laser (illumination laser on, laser system off).
Jeder der zwei oder mehreren Lasersystemzweige werden in einer Kombinationseinheit/Gitter zu einem Laserstrahl kombiniert. – Alternativ neben der spektralen Kopplung ist auch eine geometrische Kopplung oder eine Phasenkopplung möglich. – Die auf das Gitter auftreffenden Strahlen werden so ein- und wieder ausgekoppelt, dass sie über ein optisches System, beispielsweise Teleskop, ausgesandt gemeinsam auf dem Target (Objekt) landen. Sind noch weitere Laserzweige vorgesehen, wird der dabei erzeugte Strahl ebenfalls auf das Target geführt, wobei es mit dem Strahl des anderen Laserzweiges auf dem Target geometrisch überlagert wird. Dieses trifft dann auch auf die weiteren Zweige zu. Durch die geometrische Überlagerung wird die Leistung am Ziel erhöht.Each of the two or more laser system branches are combined into a laser beam in a combination unit / grating. - Alternatively, in addition to the spectral coupling and a geometric coupling or phase coupling is possible. - The rays impinging on the grating are coupled in and out again so that they are emitted together via an optical system, for example a telescope, to the target (object). If further laser branches are provided, the beam thus generated is also guided onto the target, wherein it is geometrically superimposed on the target with the beam of the other laser branch. This then also applies to the other branches. The geometric overlay increases the performance at the destination.
Es können zwei oder mehrere Einheiten (Leistungen) auf ein Gitter gerichtet werden. Die Anzahl der ausrichtbaren Einheiten ist dabei jedoch abhängig von der Leistungsfähigkeit des Gitters. Laser (Einheit) und Gitter sind ihrerseits mehrfach zu einem Gesamtsystem zusammenfass- und wiederum auf einen gemeinsamen Spiegel ausgerichtbar (Grobtracking). Das Gitter kann dielektrischer als auch optischer Natur sein, um die spektrale Kopplung zu ermöglichen..Two or more units (powers) can be directed to a grid. However, the number of alignable units is dependent on the performance of the grid. Laser (unit) and grating are in turn multiply combined to form an overall system and in turn aligned to a common mirror (rough tracking). The grating may be dielectric as well as optical in nature to allow for spectral coupling.
Es hat sich gezeigt, dass die Lasersysteme bzw. Einheiten direkt nebeneinander oder in einem Abstand voneinander aufgestellt werden können. Abstände von mehreren 100 Metern sind dabei kein Problem. Jedes Lasersystem verfügt dazu neben der eigentlichen Laserquelle über ein eigenes Teleskop und bevorzugt über einen eigenen Tracker.It has been shown that the laser systems or units can be placed directly next to each other or at a distance from each other. Distances of several 100 meters are no problem. In addition to the actual laser source, each laser system has its own telescope and preferably its own tracker.
Ziel dieser Idee ist es für das Lasersystem oder die Laserwaffe die Gesamtapertur anstelle einer einzelnen Apertur mit großem Durchmesser auf mehrere kleinere Aperturen zu verteilnen, die dann in der Regel die gleichen Komponenten beinhalten.The aim of this idea is for the laser system or the laser weapon to distribute the total aperture instead of a single aperture of large diameter on several smaller apertures, which then usually contain the same components.
Die Schlüsselkomponenten für die funktionsgerechte Arbeitsweise des Lasersystems insbesondere als Laserwaffe oder Waffenlaser sind ein Aufklärungssystem, beispielsweise ein Radar, ein Feinimaging zum Aufklären des verwundbaren Punktes des Ziels, ein Grob- und ein Feintracker, eine Strahlformung, ein Beleuchtungslaser und der eigentliche Hochenergielaser- die Laserquelle. Jede der kleineren Einheit verfügt über diese Komponenten, wobei der Beleuchtungslaser, das Radar und das Feinimaging nicht unbedingt in jeder Einheit vorhanden sein muss. Eine dezentrale Einbindung des Beleuchtungslasers, Radars, Feinimaging für alle Einheiten ist auch möglich. Dies ermöglicht einen modularen Charakter der Einheiten, mit denen das System/die Waffe modulartig aufgebaut werden kann. Es können zwei oder mehrere Einheiten zu einem Modul zusammengefasst werden. Auch diese Module sind zu weiteren Modulen zusammenfassbar.The key components for the functional operation of the laser system, in particular as a laser weapon or weapons laser are a reconnaissance system, such as a radar, a fine imaging to clear the vulnerable point of the target, a coarse and a fine tracker, a beam shaping, a laser illumination and the actual high-energy laser - the laser source , Each of the smaller units has these components, and the illumination laser, radar, and fine-imaging need not necessarily be present in each unit. A decentralized integration of the illumination laser, radar, fine imaging for all units is also possible. This allows a modular character of the units with which the system / weapon can be modularly constructed. Two or more units can be combined into one module. These modules are also summarized to other modules.
Diese kleineren Einheiten können, wie bereits erwähnt, ihrerseits wiederum durch kleinere Einheiten mit den vorgenannten Komponenten ersetzt werden (= mehrere). Dadurch wird es möglich, auf immer einfachere und herkömmliche und damit leicht verfügbare Komponenten zurückzugreifen. Die Flexibilität des Systems/der Waffe wird erhöht. Zudem sind die Module selbst im Prinzip kleinbauend bzw. leichter als eine kompakte Waffe. Bei einem Ausfall einer kleineren Einheit ist das System/Waffe weiterhin funktionsfähig, wenngleich mit einer geringeren Leistung.These smaller units can, as already mentioned, in turn be replaced by smaller units with the aforementioned components (= several). This makes it possible to resort to ever simpler and more conventional and thus readily available components. The flexibility of the system / weapon is increased. In addition, the modules themselves are in principle small-sized or lighter than a compact weapon. If a smaller unit fails, the system / weapon will continue to function, albeit at a lower power.
Da die Einheiten zudem voneinander beabstandet untergebracht werden können, sind sie auf mehrere Orte verteilbar, so beispielsweise auch auf mehrere Fahrzeuge etc. Diese Einheiten können vor Ort auch zu einem Hochleistungslasersystem nur durch Ausrichtung auf das Ziel verknüpft werden. Die Leistung kann vor Ort auch variiert werden durch die Anzahl der Einrichtungen. So kann mit mehreren herkömmlichen Einzellasern, beispielsweise mit einer Leistung von nur 5 kW, ein Strahl von einem Vielfachen von 5, beispielsweise 20 kW und mehr erzeugt werden. Die Schaffung eines Laserstrahls mit einer Leistung von 100 kW und mehr bei guter Strahlqualität der Einzellaser ist dadurch in einfacher Art und Weise realisierbar.Since the units can also be accommodated at a distance from one another, they can be distributed to several locations, including, for example, several vehicles etc. These units can also be locally linked to a high-power laser system by aligning with the destination. The performance on site can also be varied by the number of facilities. Thus, with a plurality of conventional single lasers, for example with a power of only 5 kW, a beam of a multiple of 5, for example 20 kW and more can be generated. The creation of a laser beam with a power of 100 kW and more with good beam quality of the single laser is thereby realized in a simple manner.
Die vorliegende Idee ermöglicht neben der Verkürzung der Realisierungszeit für eine Laserwaffe auch die Reduzierung der Kosten, da kleinere (Ausgangs-)Aperturen verwendet werden können. Dabei ist die Idee nicht auf Hochleistungslasersysteme beschränkt. Vielmehr kann diese Idee auch auf Niedrigenergielaser und Mittelenergielaser übertragen werden.The present idea, in addition to shortening the implementation time for a laser weapon, also allows the cost to be reduced since smaller (output) apertures can be used. The idea is not limited to high-performance laser systems. Rather, this idea can also be transferred to low-energy lasers and medium-energy lasers.
Mit der vorliegenden Idee geht man also davon weg, insbesondere die hohe Leistung mittels n·X Einzellaser aus nur einer Apertur zu erzeugen und punktuell zur Verfügung zu stellen. Vorgeschlagen wird eine Überlagerung der Leistung am Objekt durch variable Abstände der (Einzel-)Teleskope des Lasersystems.With the present idea, therefore, one goes away from, in particular, to generate the high power by means of n × X single laser from only one aperture and to provide it selectively. It is proposed to superimpose the power on the object variable distances of the (single) telescopes of the laser system.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.Reference to an embodiment with drawing, the invention will be explained in more detail.
Es zeigt:It shows:
Die Einzellaser
Dieses Grundprinzip nutzend, wird nunmehr eine Laserwaffe bzw. ein Waffensystem
Der einzelne Waffenlaser
Zur Schaffung einer ruhenden Laserwaffe
Die Funktionsweise des Waffensystems
Über das Radar
About the
Der Laserstrahl einer jeden Laserwaffe (system)
Werden mehrere Beleuchtungslaser und mehrere Laserwaffen
Zur Unterscheidung der einzelnen Beleuchtungslaser können diese mit unterschiedlichen Wellenlägen, bzw. Modulation (An/Aus, AM) abgestrahlt werden. Bei den Auswertesystem für die Beleuchtungslaser werden dann entsprechende Separationstechnologien eingesetzt, um die einzelnen Beleuchtungslaser voneinander zu unterscheiden.To distinguish the individual illumination lasers, these can be radiated with different wavelengths or modulation (on / off, AM). In the evaluation system for the illumination laser then appropriate separation technologies are used to differentiate the individual illumination laser from each other.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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