Viele technisch wichtige Prozesse sind so schnell, dass heutige Messtechniken sie zeitlich nicht auflösen können oder die geeignete Messtechnik weltweit nur ganz vereinzelt zur Verfügung steht. Die Partner im Projekt „InnoBurst“ entwickeln einen kostengünstigen, hochenergetischen und hochrepetierenden Pulslaser als einen Key-Enabler.
In Motoren oder Triebwerken treten schnelle, reaktive Strömungen auf. Bei ihrer Untersuchung kommen bildgebende Messtechniken zum Einsatz. Die Verwendung von Lasern ermöglicht es, Größen wie Fließgeschwindigkeiten oder Temperaturen sichtbar zu machen. Gepulste Laser sind dafür besonders geeignet, da sie das Bild in wenigen Nanosekunden ausreichend beleuchten und so die Prozesse einfrieren.
rechts: Quantitative Messung der Kraftstoffverteilung in einem Einspritzprozess mit der laserinduzierten Fluoreszenz (Quelle: Universität Erlangen-Nürnberg,, Professur für Numerische Simulation auf Hochleistungsrechnern)
Die Zeitauflösung der Untersuchungen soll immer größer werden. Laser müssen die Anforderung erfüllen, mit hoher Frequenz einzelne, kurze Pulse mit hoher Energie abzugeben.
Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd: YAG-Laser) sind Beispiele für Laser, die hochenergetische Pulse produzieren. Sie arbeiten typischerweise mit einer Frequenz von 10 Hz. Hochgeschwindigkeitslaser, die beispielsweise mit 10 kHz emittieren, erreichen nur kleine Pulsenergien.
Ein Zwischenweg sind Burst-Laser. Ein Burst ist eine sehr schnelle, zeitlich begrenzte Folge von Pulsen. Nach Abgabe eines Bursts benötigt der Laser eine gewisse Zeit, in der er kein Licht emittiert. Heutige, teure Systeme erzeugen einen Burst mit kleinen Energien, den sie in mehreren Stufen verstärken.
Im Projekt „InnoBurst“ wird ein neuer Ansatz verfolgt. Ein Nd:YAG-Pulslaser läuft in seinem Grundtakt von 10 Hz. In dieser Phase werden einzelne, 10 ns lange Pulse abgegeben. Dazu pumpt eine Blitzlampe das Lasermedium und Q-Switching erzeugt den Puls. Für einen Burst bleibt die Blitzlampe im 10 Hz Rhythmus, der Q-Switch wird aber mehrfach schnell hintereinander geöffnet. Es entstehen 20 Pulse mit hoher Energie bei einer Frequenz von 20 kHz. Das Projekt umfasst die Entwicklung und Umsetzung des Lasers, begleitet von Tests und einer Simulation der Laserphysik. Außerdem wird seine Eignung in einem Experiment an nachhaltigen Flugkraftstoffen auf Wasserstoffbasis demonstriert.
