EP2638356B1 - Lasersystem, zur erzeugung von hohen bzw. kompakten leistungsdichten am objekt - Google Patents

Lasersystem, zur erzeugung von hohen bzw. kompakten leistungsdichten am objekt Download PDF

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EP2638356B1
EP2638356B1 EP11772894.9A EP11772894A EP2638356B1 EP 2638356 B1 EP2638356 B1 EP 2638356B1 EP 11772894 A EP11772894 A EP 11772894A EP 2638356 B1 EP2638356 B1 EP 2638356B1
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EP
European Patent Office
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laser
target
weapons
individual
lasers
Prior art date
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Active
Application number
EP11772894.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2638356A1 (de
Inventor
Markus Jung
Michael Gowin
Ellen Dudek
Alexander Graf
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H13/00—Means of attack or defence not otherwise provided for
    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/02—Anti-aircraft or anti-guided missile or anti-torpedo defence installations or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H13/00—Means of attack or defence not otherwise provided for
    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F41H13/0062—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam causing structural damage to the target

Definitions

  • 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.
  • Lasers are classified into low energy lasers, medium energy lasers and high energy lasers.
  • a method for adaptive beam control of intermediate energy laser weapons describes the DE 198 04 720 B4 ,
  • the Mittelenergywaffe has a middle energy laser and a control device with thermal imaging device, computer and laser power controllers, which is set to set a desired laser beam diameter at the target in a measurement phase of the laser beam with initially low laser beam power, which is then increased progressively up to the maximum possible beam power.
  • a device with a laser arrangement for irradiating a target is the subject of DE 102 52 685 B4 ,
  • the laser arrangement in turn consists of an oscillator-amplifier system, which can be operated in a first mode as a directional laser in the low-energy range and in the second mode as a high-energy laser.
  • the laser source comprises, inter alia, a solid-state laser amplifier, an array of laser fiber amplifiers, a phase and polarization sensor and means for controlling phase and polarization of elements of the array of laser fiber amplifiers, etc.
  • High energy lasers have a good beam quality only in the power range up to about 10kW. As a result, high-energy lasers with laser powers ⁇ 20kW and a good beam quality are difficult to realize. Furthermore, the damage thresholds for the optical components limit the maximum allowable laser power for a given aperture.
  • a fiber laser array of high beam power which consists of a plurality of continuous coherent single-fiber lasers which are distributed by a common longitudinally operated master oscillator pump energy distributed over a fiber splitter distributed in the single-fiber laser.
  • the radiation leaving the fiber array is directed to a target or a target point, wherein the respective phase differences in the individual fiber laser branches are determined and evaluated in control electronics for optimal phase injection of the fiber branches of the fiber laser array for the intensity of the emitted To achieve laser radiation at the target point.
  • a missile system in particular a laser weapon system for the destruction of attacking guided missiles known.
  • a first laser beam is generated from a first position and at the same time a second laser beam is generated from a second position and directed against the missile.
  • the laser weapons are mobile and can change their positions.
  • the missile is located and tracked via infrared detectors or other equivalent tracking devices. In addition, these devices are used to locate the vulnerable parts of the missile accurately. By generating multiple beams from separate laser sources and sending them to the same location, the time to destroy the attacking missile is reduced.
  • the EP 0 892 240 A2 describes a laser weapon.
  • Each laser weapon contains a command and control system integrated into a master controller. The system is used to switch on the laser weapons individually or in groups or as a whole in order to increase the power of the laser weapons.
  • the US 2006/0028373 A1 includes an active protection system that includes a UWB threat detection radar, an optical tracker for accurate threat positioning, and a high-powered threat-destruction laser.
  • the US 2006/0233215 A1 relates to a compact high power laser comprising at least one heat sink, a plurality of laser resonators and an optical head. Each laser resonator extends axially through the heat sink and transmits its laser beam in this position.
  • the head adjoins these second ends of the laser resonators and comprises an optical transmission device by which an overlapping area in a remote location can be defined at a predetermined distance from the optical head.
  • the US 2005/0185403 A1 discloses a hand-held, non-lethal laser.
  • 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.
  • the invention is based on the idea of dividing the power into a plurality of lasers and geometrically superimposing them on the target, so that in total at the destination a total power density of all individual power densities is achieved. That is, it is intended to provide the required power density by two or more separate laser systems (laser branches) or smaller units, which are coupled to each other (for example by means of spectral or optical grating), that these each half (X / 2), a third (X / 3) or a quarter (X / 4) part etc. of the required or desired laser power density with good beam quality, which are geometrically superimposed on the target (summation), so as to the object / target itself with the full power density ( Fig. 5 ). If only two laser system branches are used, each of the branches must deliver a higher performance than if three, four or more branches are involved.
  • an illumination system preferably a laser
  • a laser 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. 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.
  • the illumination laser can basically be driven in two modes: cw, pulsed.
  • 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.
  • both the illumination laser and the laser system can have the same wavelength.
  • skillful Pulspausen ensured that the illumination laser as well as the laser system can be ensured that the laser system only evaluates the reflex of the illumination laser (illumination laser on, laser system off).
  • Each of the two or more laser system branches are combined into a laser beam in a combination unit / grating.
  • a combination unit / grating 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, on the target (object).
  • 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.
  • Two or more units can be directed to a grid.
  • the number of alignable units is dependent on the performance of the grid.
  • Laser (unit) and grating are in turn grouped several times into 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 enable spectral coupling.
  • each laser system has its own telescope and preferably its own tracker.
  • the aim of this idea is for the laser system or the laser weapon to distribute the total aperture instead of a single aperture with a large diameter on several smaller apertures, which then usually contain the same components.
  • 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 ,
  • 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 unit has these components, where the illumination laser, the radar and the 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 1a, b show a simplified representation of the basic principle of the device 1 for the realization of a (high-power) laser.
  • this device 1 can also be used for material processing, for example, in the greater distance, in which also moves the object.
  • the laser 1 is formed by two individual lasers 2, 3 or more individual lasers 4-7.
  • the beams 50 of the individual lasers 2, 3, 4, 5, 6, 7 are projected on a target 15 and geometrically superimposed on it, so that at the target 15, a laser power of, for example, 40 kW by two lasers 2, 3 with a power of each 20 kW or by four lasers 4-7 with a power of 10 kW, etc. is generated.
  • the individual lasers 2-7 can in turn also be composed of two or more individual lasers 8, 9, 10, 11, etc. ( Fig.2 ).
  • the emerging from a preamplifier 12 beams (for example, with 5 kW) are directed through mirrors 32 and from there to a common grid 13. From the grating 13, the beam 50 generated at the grating 13 is emitted in the direction of the target 15.
  • the weapon system 100 itself has besides a fire line 101 and a radar 102, a loading or evaluation 103 and two or more laser weapons 20. Furthermore, a preferably central coarse tracker 104 is provided, which effects a coarse orientation of the individual weapon laser 20 on the target / object 15.
  • the individual weapons laser 20 in turn consists of at least the basic components (active) laser 21 and its own (receiving and Wirk-) telescope 25 (also with different beam diameters) and in this embodiment with its own illumination telescope 26 and a lighting laser 27.
  • a Illuminating laser with telescope also decentralized arranged for all weapon weapons 100 integrated laser weapons 20 function.
  • each weapon laser 20 has an adaptive optics 22, a (fine) imaging system 23 and an optical fine tracker 24.
  • Each weapon laser 20 further has at least one tip-tilt mirror 28 and a deformable mirror 29 (for example, part of the adaptive optics 22) integrated in the laser beam path.
  • a wavefront sensor 30 is used in a known manner to improve the beam quality of the active laser 21. Not shown are further CCD camera (s), preferably with a large field-of-view (FOV).
  • An evaluation and control unit 31 completes the laser weapon 20.
  • the functional connections of the components mentioned can be the Fig. 3 be removed.
  • mirrors 32 are included, which are used for beam alignment within the weapon 20.
  • each laser weapon (system) 20 is subject to its own atmospheric disturbance. However, this can be remedied by the own tip-tilt mirror 28 and if necessary by the own deformable mirror 29, so that a clean superposition of the beams 50 of the laser weapons 20 at the target 15 is achieved.
  • the separation of the laser power to different targets 15 becomes possible.
  • the individual laser weapons 20 are aimed at a target 15. Thereafter, some of the laser weapons 20 may be prematurely withdrawn to a new target and aligned by the laser laser (group) 20 responsive illumination laser.
  • these can be radiated with different wavelengths or modulation (on / off, AM).
  • AM modulation
  • appropriate separation technologies are used to differentiate the individual illumination laser from each other.

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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.
  • Laser werden in Niedrigenergielaser, Mittelenergielaser und Hochenergielaser klassifiziert bzw. eingeteilt.
  • Ein Verfahren zur adaptiven Strahlenregelung von Mittelenergielaserwaffen beschreibt die DE 198 04 720 B4 . Die Mittelenergiewaffe weist einen Mittelenergielaser und eine Regeleinrichtung mit Wärmebildgerät, Rechner und Laserleistungsreglern auf, wobei zur Einstellung eines gewünschten Laserstrahldurchmessers am Ziel in einer Messphase der Laserstrahl mit anfänglich geringer Laserstrahlleistung gerichtet wird, die dann bis zur maximal möglichsten Strahlleistung fortschreitend gesteigert wird.
  • Eine Vorrichtung mit einer Laseranordnung zur Bestrahlung eines Zieles ist Gegenstand der DE 102 52 685 B4 . Die Laseranordnung besteht ihrerseits aus einem Oszillator-Verstärker-System, das in einer ersten Betriebsart als Richtlaser im Niedrigenergiebereich und in der zweiten Betriebsart als Hochenergielaser betrieben werden kann.
  • Weitere Lasersysteme beschreiben die EP 0 980 123 A2 als auch die EP 1 041 686 A2 sowie die US 4,867,534 A .
  • In der EP 1 730 822 B wird eine Hybridlaserquelle offenbart, die skalierbar ist, um einen Ausgangsstrahl hoher Leistung mit guter Strahlenqualität bereitzustellen. Die Laserquelle umfasst dabei unter anderem einen Festkörperlaserverstärker, eine Anordnung von Laserfaserverstärkern, einen Phasen- und Polarisationssensor sowie Mittel zum Steuern von Phase und Polarisation von Elementen der Anordnung von Laserfaserverstärkern etc.
  • Hochenergielaser besitzen eine gute Strahlqualität nur im Leistungsbereichen bis etwa 10kW. Dadurch sind Hochenergielaser mit beispielsweise Laserleistungen ≥ 20kW und einer guten Strahlqualität schwer realisierbar. Ferner beschränken die Zerstörschwellen für die optischen Komponenten die maximal zulässige Laserleistung für eine gegeben Apertur.
  • Aus der DE 10 2007 049 436 B4 ist eine Faserlaser-Anordnung hoher Strahlenleistung bekannt, die aus mehreren kontinuierlich arbeitenden kohärenten Einzelfaserlasern besteht, denen von einem gemeinsamen in longitudinalem Mode betriebenen Master-Oszillator erzeugte Pumpenergie über einen Faser-Splitter in die Einzelfaserlaser verzweigt verteilt zuführt wird. Die das Faser-Array verlassende Strahlung wird auf ein Ziel oder eine Zielpunkt gerichtet, wobei die jeweilige Phasendifferenzen in den einzelnen Faserlaserzweigen bestimmt und in einer Regelelektronik für die Regelung ausgewertet wird, um eine optimale Phaseneinkopplung der Faserzweige des Faserlaser-Arrays für die Intensität der ausgesandten Laserstrahlung im Zielpunkt zu erzielen.
  • Aus der US 5,198,607 A ist ein Raketensystem, insbesondere ein Laserwaffensystem für die Zerstörung angreifender Lenkflugkörper bekannt. Dazu werden ein erster Laserstrahl von einer ersten Position und gleichzeitig ein zweiter Laserstrahl von einer zweiten Position erzeugt und gegen den Flugkörper gerichtet. Die Laserwaffen sind mobil und können ihre Positionen wechseln. Der Flugkörper wird über Infrarot-Ortungsgeräte oder andere gleichwertige Verfolgungseinrichtungen lokalisiert und verfolgt. Zudem dienen diese Geräte dazu, die gefährdeten Stellen am Flugkörper genau zu lokalisieren. Durch die Erzeugung mehrere Strahlen aus getrennten Laserquellen und deren Senden auf die gleiche Stelle reduziert die Zeit zur Zerstörung des angreifenden Lenkflugkörpers.
  • Die EP 0 892 240 A2 beschreibt eine Laserwaffe. Jede Laserwaffe enthält ein Kommandound Kontrollsystem, das in einem Master-Steuergerät integriert ist. Das System dient dazu, die Laserwaffen einzeln oder in Gruppen oder als Ganzes zuzuschalten, um die Kraft der Laserwaffen zu erhöhen.
  • Die US 2006/0028373 A1 beinhaltet ein aktives Schutzsystem, das ein UWB-Radar zur Erkennung von Bedrohungen, einen optischen Tracker für die präzise Positionsbestimmung der Bedrohung und einen Hochleistungslaser zur Zerstörung der Bedrohung umfasst.
  • Die US 2006/0233215 A1 betrifft einen kompakten Hochleistungslaser, umfassend mindestens einen Kühlkörper, mehrere Laserresonatoren und einen optischen Kopf. Jeder Laserresonator erstreckt sich axial durch den Kühlkörper und sendet in dieser Position seinen Laserstrahl aus. Der Kopf grenzt an diese zweiten Enden der Laserresonatoren an und umfasst eine optische Übertragungsanordnung, durch die ein Überlappungsbereich in einer entfernten Stelle in einem vorbestimmten Abstand von dem optischen Kopf definiert werden kann. Auch die US 2005/0185403 A1 offenbart einen handgehaltenen, nicht letalen Laser.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, die es ermöglicht, speziell ein Hochleistungslasersystem zu realisieren, dass eine kompakte Leistungsdichte am Objekt erzeugt.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Leistung auf mehrere Laser aufzuteilen und diese am Ziel geometrisch zu überlagern, so dass in Summe am Ziel eine Gesamtleistungsdichte 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), einen drittel (X/3) oder einen 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 (Fig. 5). Werden dabei nur zwei Lasersystemzweige genutzt, muss jeder der Zweige eine höhere Leistung bringen als wenn drei, vier oder mehr Zweige eingebunden sind.
  • 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. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 zusammenfasst und wiederum auf einen gemeinsamen Spiegel ausgerichtbar (Grobtracking). Das Gitter kann dielektrischer als auch optischer Natur sein, um die spektrale Kopplung zu ermöglichen.
  • 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.
  • 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 verteilen, die dann in der Regel die gleichen Komponenten beinhalten.
  • 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 müssen. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine skizzenhafte Darstellung des Grundprinzip der Vorrichtung zur Schaffung eines Lasers mit ausreichender Leistung,
    Fig. 2
    eine weitere Verknüpfungsform mehrerer Einzellaser zu einem Gesamt- oder Teillasersystem,
    Fig. 3
    die Grundkomponenten für ein Waffensystem,
    Fig. 4
    eine Darstellung einer Laserwaffe für das Waffensystem nach Fig. 3, (Nur HEL, AO, Tracking, es fehlen Feinimaging, Grobtracking, Radar, Bewertung Feuerleitung)
    Fig. 5
    eine grundsätzliche Darstellung der Grundidee.
  • Fig. 1a, b zeigen eine vereinfachte Darstellung des Grundprinzips der Vorrichtung 1 für die Realisierung eines (Hochleistungs-)Lasers. - Es versteht sich, dass diese Vorrichtung 1 auch zur Materialbearbeitung, beispielsweise in größerer Entfernung, genutzt werden kann, bei der sich zudem das Objekt bewegt.- Dabei wird der Laser 1 durch zwei Einzellaser 2, 3 oder mehrere Einzellaser 4-7 gebildet. Die Strahlen 50 der Einzellaser 2, 3, 4, 5, 6, 7 werden auf ein Ziel 15 projiziert und an diesem geometrisch überlagert, so dass am Ziel 15 eine Laserleistung von beispielsweise 40 kW durch zwei Laser 2, 3 mit einer Leistung von jeweils 20 kW oder durch vier Laser 4-7 mit einer Leistung von 10 kW etc. erzeugt wird.
  • Die Einzellaser 2-7 können ihrerseits ebenfalls aus zwei oder mehreren Einzellasern 8, 9, 10, 11 usw. aufgebaut sein (Fig.2). Die aus einem Vorverstärker 12 austretenden Strahlen (beispielsweise mit 5 kW) werden über Spiegel 32 und von dort auf ein gemeinsames Gitter 13 gelenkt. Vom Gitter 13 wird der am Gitter 13 erzeugte Strahl 50 in Richtung Ziel 15 abgestrahlt.
  • Dieses Grundprinzip nutzend, wird nunmehr eine Laserwaffe bzw. ein Waffensystem 100 geschaffen. Das Waffensystem 100 selbst weist dabei neben einer Feuerleitung 101 und einem Radar 102, eine Be- bzw. Auswertung 103 sowie zwei oder mehrere Laserwaffen 20 auf. Des Weiteren ist ein vorzugsweise zentraler Grobtracker 104 vorgesehen, der eine Groborientierung der einzelnen Waffenlaser 20 auf das Ziel / Objekt 15 bewirkt.
  • Der einzelne Waffenlaser 20 besteht seinerseits zumindest aus den Grundkomponenten (Wirk-) Laser 21 und eigenes (Empfangs- und Wirk-)Teleskop 25 (auch mit unterschiedlichen Strahlendurchmessern) sowie in dieser Ausführung mit einem eigenen Beleuchtungsteleskop 26 und einem Beleuchtungslaser 27. Alternativ kann ein Beleuchtungslaser mit -teleskop auch dezentral angeordnet für alle im Waffensystem 100 eingebundenen Laserwaffen 20 fungieren. Zudem weist jeder Waffenlaser 20 eine adaptive Optik 22, ein (Fein-) Imaging-System 23 sowie einen optischen Feintracker 24 auf. Jeder Waffenlaser 20 besitzt des Weiteren wenigstens einen Tip- Tilt- Spiegel 28 als auch einen deformierbarer Spiegel 29 (beispielsweise Teil der adaptiven Optik 22) im Laserstrahlweg eingebunden. Ein Wellenfrontsensor 30 dient in bekannter Art und Weise zur Verbesserung der Strahlqualität des Wirklasers 21. Nicht näher dargestellt sind weitere CCD Kamera(s), bevorzugt mit großem Field-of-View (FOV). Eine Auswerte- und Kontrolleinheit 31 vervollständigt die Laserwaffe 20. Die funktionalen Verknüpfungen der genannten Komponenten können der Fig. 3 entnommen werden.
  • Zur Schaffung einer ruhenden Laserwaffe 20 sind weitere Spiegel 32 eingebunden, die zur Strahlenausrichtung innerhalb der Waffe 20 dienen.
  • Die Funktionsweise des Waffensystems 100 ist, einfach beschrieben, wie folgt:
    • Über das Radar 102 wird ein Objekt 15 erkannt und diese Information in bekannter Art und Weise an die Feuerleitung 101 gegeben. Danach kann das Imaging- System 6 aktiviert werden, um ausreichende Informationen zur Bekämpfung an den verwundbaren Punkten am Ziel 15 zu erhalten. Über das Feintracking 7 wird das Ziel 15 für jede Waffe 20 in die Mitte ihrer Optik gefahren. Das Ziel 15 wird nunmehr vom Beleuchtungslaser 27 jeder Waffe 20 angestrahlt, der jeweilige Wirklaser 21 und damit jede Laserwaffe 20 auf den Reflex ausgerichtet. Alle Laserwaffen 20 sehen dabei den gleichen Reflex und Laserstrahlachsen werden nun auf den gleichen Fleck am Objekt 15 ausgerichtet. Die Überprüfung erfolgt durch die Feuerleitung, die dann auch die Wirklaser 21 aktiviert, mehrere Strahlen 50 erzeugt, die an einen gemeinsamen Punkt auf dem Objekt 15 gelenkt werden, die sich dann an dieser Stelle derart überlagern, dass die gewünschte Leistungsdichte auf dem Objekt 15 erzeugt wird und dieses entsprechend stört und / oder zerstört.
  • Der Laserstrahl einer jeden Laserwaffe (-system) 20 unterliegt hierbei einer eigenen atmosphärischen Störung. Diese kann jedoch durch den eigenen Tip- Tilt- Spiegel 28 und falls notwendig durch den eigenen deformierbaren Spiegel 29 behoben werden, so dass eine saubere Überlagerung der Strahlen 50 der Laserwaffen 20 am Ziel 15 erreicht wird.
  • Werden mehrere Beleuchtungslaser und mehrere Laserwaffen 20 auf ein Ziel 15 ausgerichtet, so wird die Auftrennung der Laserleistung auf verschiedene Ziele 15 möglich. Für eine bestimmt Dauer werden die einzelnen Laserwaffen 20 auf ein Ziel 15 gerichtet. Danach können einige der Laserwaffen 20 vorzeitig auf ein neues Ziel abgezogen und durch den, diese Laserwaffen (-gruppe) 20 ansprechenden Beleuchtungslaser ausgerichtet werden.
  • 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.

Claims (9)

  1. Waffensystem (100) mit wenigstens einer Feuerleitung (101), wenigstens einem Radar (102), wenigstens einer Be- und Auswerteeinheit (103) sowie zwei oder mehrere Laserwaffen (20), die voneinander auch beabstandet sein können, Mit Wirklaser (21), wobei zwei oder mehrere Einzellaser (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) jeweils einen Einzelstrahl (50) erzeugen und die Einzelstrahlen (50) der Einzellaser (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) auf ein Ziel (15) projiziert und an diesem geometrisch überlagert werden, sodass in Summe die gewünschte Leistung am Ziel (15) realisiert wird, gekennzeichnet durch
    • einen Grobtracker (104), wobei der Grobtracker (104) zentral vorgesehen ist und eine Groborientierung der einzelnen Laserwaffen (20) auf das Ziel (15) bewirkt,
    • jede Laserwaffe (20) einen optischen Feintracker (24), eine adaptive Optik (22), ein Imaging- System (23) und ein Empfangs- und Wirkteleskop (25) aufweist, wobei
    o jede Laserwaffe (20) ein Beleuchtungsteleskop (26) und einen Beleuchtungslaser (27) umfasst oder
    o ein Beleuchtungslaser (27) mit Beleuchtungsteleskop (26) de- bzw. zentral angeordnet ist und für alle im Waffensystem (100) eingebundenen Laserwaffen (20) fungieren.
  2. Waffensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laserwaffe (20) wenigstens einen Tip- Tilt- Spiegel (28) als auch einen deformierbaren Spiegel (29) besitzt, die im Laserstrahlweg eingebunden sind.
  3. Waffensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Spiegel (32) zur Schaffung einer ruhenden Laserwaffe (20) eingebunden sind, die zur Strahlausrichtung innerhalb der Laserwaffe (20) dienen.
  4. Verfahren zur Realisierung einer hohen Leistungsdichte auf entfernten Zielen mit einem Waffensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit folgenden Schritten:
    a. erkennen des Zieles (15) und weitergeben dieser Information an die Feuerleitung (101),
    b. aktivieren des Imaging- Systems (23), um ausreichende Informationen zur Bekämpfung an verwundbaren Punkten am Ziel (15) zu erhalten,
    c. fahren des Zieles (15) für jede Laserwaffe (20) in die Mitte ihres Empfangs- und Wirkteleskops (25) mittels Feintracking (24),
    d. anstrahlen des Zieles (15) vom Beleuchtungslaser (27) und ausrichten der jeweiligen Wirklaser 821) und damit jeder Laserwaffe (20) auf den Reflex, wobei alle Laserwaffen (20) den gleichen Reflex sehen und die Laserstrahlachsen auf den gleichen Fleck am Ziel (15) ausgerichtet werden,
    e. Überprüfung durch die Feuerleitung und aktivieren der Wirklaser (21) durch die Feuerleitung, wodurch mehrere Einzelstrahlen (50) erzeugt und an einen gemeinsamen Punkt auf dem Ziel (15) gelenkt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Vorverstärker (12) austretenden Einzelstrahlen (50) über einen Spiegel (32), von dort auf ein gemeinsames Gitter (13) gelenkt und vom Gitter (13) der am Gitter (13) erzeugte Einzelstrahl (50) in Richtung Objekt (15) abgestrahlt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eigenen atmosphärischen Störungen durch den eigenen Tip- Tilt- Spiegel (28) und falls notwendig durch den eigenen deformierbaren Spiegel (29) behoben werden, sodass eine saubere Überlagerung der Einzelstrahlen (50) der Laserwaffen (20) am Ziel (15) erreicht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung der einzelnen Beleuchtungslaser (27) diese mit unterschiedlichen Wellenlängen, bzw. Modulation abgestrahlt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Beleuchtungslasern (27) und mehreren Laserwaffen (20) eine Auftrennung der Laserleistung auf verschiedene Ziele (15) möglich ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstrahlen (50) durch eine geometrische oder spektrale oder Phasenkopplung geschaffen werden.
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