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TOPTICA EAGLEYARD treibt die LISA-Mission an (ESA/NASA)
TOPTICA EAGLEYARD ist bekannt für seine Expertise in der Bereitstellung geeigneter Laserdioden für Weltraumanwendungen (z.B. in Missionen wie GAIA, CATS, EXO Mars, GALILEO II, FORUM, MERLIN, DRAGONFLY) und spielt erneut eine wichtige Rolle in einer bedeutenden Weltraummission. Damit stellt das Unternehmen sein Engagement nicht nur als Premium-Komponentenlieferant unter Beweis, sondern auch als zuverlässiger Entwicklungspartner für die Evaluierung und Bereitstellung maßgeschneiderter Laserdiodenmodule. Die NASA wählte die 808-nm-Ridge-Waveguide-Laserdiode (RWL) des Unternehmens als Pumpquelle für den µNPRO-Hauptoszillator aus, da sie laut Dr. Anthony Yu, dem Leiter des LISA-Lasersystems bei der NASA Goddard, über eine „einzigartige Leistung“ verfügt. Umfangreiche Alterungstests bestätigten zudem die außergewöhnliche Zuverlässigkeit der Dioden und ebneten den Weg für die Produktion der Flugmodule im Jahr 2026. Claus Heitmann, CEO von EAGLEYARD, betont: „Wir sind stolz darauf, unser Fachwissen und unsere innovativen Produkte in diese außergewöhnliche Mission mit der NASA einzubringen und damit die Kraft der Zusammenarbeit und des Vertrauens über Grenzen hinweg zu demonstrieren. Als Berliner Hightech-Unternehmen ist es uns eine besondere Ehre, Teil dieser visionären Partnerschaft zu sein und Spitzenleistungen in den anspruchsvollsten Raumfahrtanwendungen zu erbringen.
Die Laser Interferometer Space Antenna (LISA ) wird das erste weltraumgestützte Observatorium zur Untersuchung von Gravitationswellen sein. Unter der Leitung der ESA wird LISA durch die Zusammenarbeit zwischen der ESA, ihren Mitgliedsstaaten, der NASA und einem internationalen Konsortium von Wissenschaftlern ermöglicht. LISA, dessen Start für 2035 geplant ist, wird aus drei Raumfahrzeugen bestehen, die in einem riesigen gleichseitigen Dreieck mit einem Abstand von jeweils 2,5 Millionen Kilometern der Erde auf einer Umlaufbahn um die Sonne folgen. LISA arbeitet als heterodynes Laserinterferometer, das winzige Abstandsänderungen – in der Größenordnung von Pikometern – aufspürt, die durch vorbeiziehende Gravitationswellen verursacht werden. Jedes Raumfahrzeug trägt zwei Testmassen und ein widerstandsfreies Kontrollsystem, um nahezu perfekte Bedingungen für den freien Fall zu gewährleisten. Der NASA-Beitrag zum Lasersystem an Bord jedes Satelliten umfasst vier Laserköpfe (LH), ein Frequenzreferenzsystem (FRS), das auf einer ultrastabilen optischen Kavität basiert (Abbildung 1), und vier Leistungsüberwachungsdetektoren (PMON), die sich auf zwei vom britischen Astronomy Technology Centre gebauten optischen Bänken (OBA) befinden. Insgesamt verfügt die Konstellation über 12 Laserköpfe, von denen sechs gleichzeitig aktiv sind. Ein Laser ist mit dem FRS frequenzverriegelt, während die übrigen Laser phasenverriegelt sind und als Transponder fungieren, die bidirektionale optische Verbindungen herstellen, um eine präzise Interferometrie über Millionen von Kilometern zu gewährleisten.
LISA wird in der Lage sein, Gravitationswellen von Ereignissen mit supermassiven schwarzen Löchern nachzuweisen und dabei Relativverschiebungen zu messen, die kleiner sind als der Durchmesser eines Atomkerns – ein Leistungsniveau, das an die Grenzen der modernen Technik stößt.
Abbildung 1: Überblick über das LISA-Lasersystem (Quelle: ESA)
Für die bahnbrechende LISA-Mission liefert TOPTICA EAGLEYARD einen wichtigen Baustein für die optische Leistung des Systems: die Laserdiode RWL 808 nm, die als kundenspezifischer Chip-on-Carrier (CoC) geliefert wird. Dieser hocheffiziente Pumplaser spielt eine entscheidende Rolle im µNPRO (micro Non-Planar Ring Oscillator) – dem Hauptoszillator im Herzen des Lasersystems eines jeden Raumfahrzeugs. Der µNPRO wurde vom GSFC der NASA auf der Grundlage eines Neodym-dotierten YAG-Kristalls mit einer weltraumkompatiblen, miniaturisierten Ringresonatorarchitektur entwickelt und wandelt das Pumplicht von 808 nm in eine hochstabile Ausgangsfrequenz von 1064 nm um (siehe Abbildung 2).
Dr. Anthony Yu, der bei der NASA Goddard für das LISA-Lasersystem verantwortlich ist, erklärt „Als US-Bundesbehörde schaut die NASA immer erst innerhalb der Landesgrenzen, bevor sie sich an internationale Anbieter wendet. Die Suche nach einer geeigneten Laserdiode für den µNPRO war keine Ausnahme. Hier kam EAGLEYARD ins Spiel. Für das LISA-Programm hätten wir uns keinen besseren Partner wünschen können. Da wir durch frühere Projekte bereits eine vertrauensvolle Beziehung aufgebaut hatten, wussten wir, dass sie ihre Versprechen einhalten konnten – und das taten sie auch. Es ist ein seltener und beeindruckender Moment, wenn ein so einzigartiges Produkt wie die RWL 808 nm nicht nur gebaut, sondern auch von einem Unternehmen getestet wird, dem man zu 100% vertraut. Eine perfekte Ergänzung – und eine Zusammenarbeit, die wir mit Stolz vertiefen.“
Abbildung 2: Maßgeschneiderter RWL 808 CoC und µNPRO. (Quelle: Numata, K. et al., „Development of LISA Laser System at NASA“)
Das RWL 808 nm zeichnet sich nicht nur durch sein kompaktes Format und seine Strahlqualität aus, sondern auch durch seine Fähigkeit, unter Weltraumbedingungen eine zuverlässige, langfristige Leistung zu erbringen. Seine Integration in den µNPRO unterstreicht seine entscheidende Funktion: Er ermöglicht Präzisionsinterferometrie über Millionen von Kilometern.
Um die thermischen und Zuverlässigkeitsanforderungen der Mission zu erfüllen, bietet der Träger eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. LISA betreibt die Laser im Derating-Modus mit 400 mW – der Hälfte ihrer kommerziellen Leistung – um genügend Spielraum für die so genannte Hot-Sparing-Redundanz zu haben, die die angestrebte Missionslebensdauer von >10 Jahren erfüllt. Trotz der Leistungsreduzierung liefert der RWL 808 nm immer noch eine beeindruckend stabile Singlemode-Leistung mit hervorragenden Strahleigenschaften.
Gemäß den strengen Qualitätsrichtlinien für Weltraumanwendungen, bei denen die Zuverlässigkeit für jeden einzelnen Wafer im Einsatz überprüft werden muss, muss die Laserdiode eine vollständige Qualifizierung durchlaufen, einschließlich 10.000-Stunden-Alterungstests auf speziell angefertigten Geräten, da die langfristige Leistung unter den rauen Bedingungen im Weltraum mehr als Standardverfahren erfordert.
Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, wie z.B. das Erreichen von hohen Testtemperaturen von mehr als 70°C bei gut kontrollierter Wärmeabfuhr, entwickelte EAGLEYARD eine vollständig maßgeschneiderte interne Alterungs-Testplattform. Kommerziell erhältliche Standardtestsysteme erwiesen sich als unzureichend für die hohe thermische Belastung und die hohen Leistungen der RWL 808 nm Laserdioden, die kontinuierlich ein Jahr oder sogar länger laufen. EAGLEYARD erkannte den Bedarf an einer robusteren, präziseren und langlebigeren Lösung und startete im Jahr 2020 eine millionenschwere strategische Investitionsinitiative zur Entwicklung einer eigenen Lebensdauerprüfanlage, die jetzt in vollem Umfang in Betrieb ist.
Abbildung 3: „LISA Laser Aging Test Tower“ – vollständig angepasste, hauseigene Alterungsprüfplattform und Prüfschienen
Das Ergebnis ist der„LISA Laser Aging Test Tower“ – ein hochspezialisiertes Testsystem, das in der Lage ist, 10.000-Stunden-Alterungstests an bis zu 40 einzelnen Lasergeräten durchzuführen, wobei jedes einzelne Gerät eine präzise, softwaregesteuerte Überwachung von sechs kritischen Parametern, einschließlich optischer Leistung und Kühlkörpertemperatur, aufweist. Ergänzt wird das System durch eine kundenspezifisch entwickelte Prüfschiene, die durch 4-Draht-Verbindungen und hochwertige Materialien auf Genauigkeit optimiert ist (Abbildung 3). Dieses System wurde von EAGLEYARD entwickelt und gebaut und zusammen mit der NASA erfolgreich validiert, was die hohe Kompetenz von EAGLEYARD nicht nur in der Photonik, sondern auch in der fortschrittlichen Testtechnik unterstreicht .
Das Projekt ist nun in Phase 2 eingetreten, in der die Produktion von Flugmodulen ansteht. Die Laser werden aus mehreren Wafern ausgewählt, individuell optimiert und repräsentative Einheiten erneut umfangreichen 10.000-Stunden-Alterungstests im LISA Laser Aging Test Tower unterzogen. Am Ende werden mehr als 100 für die Mission geeignete Flight Model CoCs für die weitere Integration des Lasersystems geliefert.
„Wir arbeiten seit vielen Jahren in diesem Programm zusammen und freuen uns, feststellen zu können, dass wir eine gewöhnliche Lieferanten-Kunden-Beziehung weit hinter uns gelassen haben. Sie wurde von zwei außergewöhnlichen Ingenieurteams übertroffen, die komplementär zusammenarbeiten und die Leistung und Zuverlässigkeit von Laserdioden über ihre Grenzen hinaus steigern“, fasst Michael Kneier, VP Sales & Marketing bei EAGLEYARD, zusammen. Mit diesem Ansatz demonstriert EAGLEYARD seine Rolle nicht nur als High-End-Laserdiodenlieferant, sondern auch als langfristiger Entwicklungspartner , der sich verpflichtet fühlt, die höchsten Standards für Qualität und Zuverlässigkeit in der Raumfahrt zu erfüllen.
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