用于寻找太空生命痕迹的微型激光系统

　　火星上有生命吗？这是欧洲航天局 (ESA) 准备通过其 ExoMars 任务来回答的问题。俄罗斯参与的这项任务计划于今年秋天启动，尽管最近的政治事态发展引发了关于这是否可能的问题。该任务的一部分是一个令人兴奋的分析系统，该系统旨在在太空中运行，并且是作为弗劳恩霍夫应用光学和精密工程 IOF 研究所进行的研究工作的一部分而创建的。耶拿的研究人员为 ExoMars Rover 的移动实验室开发了微型激光模块。该研究所将于 4 月 26 日至 29 日在慕尼黑的 Laser World of Photonics 上展示这款配备二极管泵浦固态激光器的拉曼光谱仪，其大小为 50 美分硬币。
　　＂罗莎琳德·富兰克林＂号火星车将分析火星表面的矿物化合物，距离地球约 5600 万公里，以寻找地球上外星生命的踪迹。为了实现这一目标，车辆配备了车载钻头和一系列科学仪器。其中一种仪器是一种称为拉曼光谱仪的设备。它可用于分析来自分子（例如在大气中）或来自固体（如岩石样品）的光的扩散。光谱仪的高度微型化且具有空间价值的激光源的核心是具有倍频功能的二极管泵浦固态激光器，由耶拿的弗劳恩霍夫 IOF 制造。
　　拉曼光谱仪的工作原理如下： 发射激光，与要分析的材料相互作用。这会导致所谓的＂拉曼效应＂。来自光的能量传递到材料并返回。这改变了光能，改变了它的波长。然后将光扩散回光谱仪，在那里分析波长的变化。新频率与发射光的原始频率之间的差异可用于得出有关材料成分的结论。
　　50 美分硬币大小的拉曼光谱仪。
　　微小的组件，但令人难以置信的强大
　　在耶拿建造的绿色激光器工作波长为 532 纳米，功率超过 100 兆瓦。＂总的来说，我们的研究人员已经投入了七年的开发时间，以使该模块适应太空运行的特定挑战，＂弗劳恩霍夫 IOF 的 ExoMars 激光器项目经理 Erik Beckert 博士解释说。在太空中运行的项目的共同挑战之一是组件需要特别小和轻。例如，包括外壳在内的激光器仅给流动站增加了 50 克的重量，相当于半块巧克力。
　　但是，尽管已经小型化，它必须提供相同水平的性能和稳健性。敏感的光学组件还必须能够承受 -130 到 +24 度之间的温度波动，以及太空中的大量辐射暴露，以及火星车发射和着陆时的剧烈振动。
　　组装光学元件的常规方法不适用于这种极端条件。＂这就是我们使用基于激光的焊接技术将敏感激光谐振器和次级光学器件的所有组件连接在一起的原因，＂Beckert 解释说。＂这确保了在面对热和机械效应以及强烈暴露于辐射时特别强的稳定性。＂ 多年来，这家位于耶拿的研究所与西班牙激光器制造商 Monocrom 合作，共制造了五种结构相同的激光器，用于拉曼光谱仪。现在，研究人员希望他们的技术能够随着火星任务很快进入太空。