Gecombineerde ‘superlaser’ is veelbelovend als wapen

Australische wetenschappers maakten een laser waarin verschillende laserstralen met behulp van diamant zijn samengevoegd tot één krachtige straal.

In de ‘superlaser’ van de Death Star uit Star Wars worden afzonderlijke laserstralen tot één krachtige laser gecombineerd. Australische wetenschappers maakten ook zo’n gecombineerde laser, maar wel wat zwakker.

Het is nog niet helemaal de ‘superlaser’ van de Death Star uit Star Wars, het wapen dat met een enkele laserstraal een hele planeet op kan blazen – maar ongewenste drones uit de lucht schieten, moet in de toekomst wel lukken.

Door meerdere laserstralen in een diamant samen te voegen, kreeg een groep Australische wetenschappers het voor elkaar om een nieuwe, krachtige laser te maken. De techniek is veelbelovend. De laserstraal is nauwkeurig genoeg om gericht op een doelwit te schieten.

Lasers zenden een smalle lichtbundel uit in een enkele richting. Daarom worden ze bijvoorbeeld door makelaars en landmeters gebruikt om afstanden te meten, of door docenten om iets aan te wijzen tijdens een presentatie.

Het is voor het eerst dat onderzoekers laserstralen met behulp van diamant combineren. De kristalstructuur zorgt ervoor dat de stralen worden samengevoegd en dat de gecombineerde straal in een specifieke richting wordt uitgezonden. Diamant heeft daarnaast een aantal voordelen. Het raakt de warmte die geproduceerd wordt veel beter kwijt dan andere materialen die nu gebruikt worden voor lasers. Dit bespaart koeling. Bovendien kan de golflengte (kleur) van de laserstraal ermee aangepast worden, waardoor het licht dat toch zijwaarts aan de straal ontsnapt niet schadelijk is voor de ogen van mensen en dieren die zich in de buurt van de laser bevinden (maar de straal zelf natuurlijk wel). De onderzoekers publiceerden hun resultaten eind maart in Laser and Photonics Reviews.

De krachtigste lasers, die bestaan uit een enkele bundel, hebben een vermogen van maximaal 15 kilowatt (15.000 watt), vertelt Richard Mildren, een van de onderzoekers van de Macquarie University in Sydney. Ter vergelijking: een simpele laserpointer heeft meestal een vermogen van zo’n 0,001-0,005 watt en met 100 watt kun je staal snijden. Bij 15 kilowatt vermogen lopen wetenschappers tegen een grens aan. „Er bestaan wel krachtigere lasers, maar die zijn duur en onhandig in het gebruik.” Als er geprobeerd wordt het vermogen verder op te voeren, gaat het mis. De laserstraal vervormt doordat te veel warmte geproduceerd wordt tijdens het opwekken ervan. Daardoor kan er niet meer gericht mee geschoten worden. Het bundelen van meerdere laserstralen tot een enkele, krachtige laserbundel is een veelbelovende methode om het vermogen te verhogen. Zo wordt de warmte niet op één plek geproduceerd, maar voor elke laserstraal apart. Er ontstaat dan geen oververhitting.

In het experiment brachten de onderzoekers meerdere laserbundels samen in diamant. Een leuk detail is dat de geometrische verdeling van de stralen die ze hiervoor gebruikten, lijkt op die van de superlaser van Death Star. Hiermee produceerden de onderzoekers een gecombineerde laserstraal van 5,2 kilowatt. Dat is een factor drie minder dan de meest krachtige enkelvoudige lasers nu halen, maar het experiment was een proof of principle. „Uit onze berekeningen blijkt dat we met deze techniek een vermogen kunnen bereiken van 100 kilowatt”, zegt Mildren. „En hopelijk wordt dat nog meer.”

Luchtvaartbedrijven ontwikkelen lasers om bijvoorbeeld drones uit de buurt van vliegvelden te houden of om als wapen te dienen in het leger. Zo kwam vliegtuigfabrikant Lockheed Martin in 2015 met een laser van 30 kilowatt waarmee ze een truck uitschakelden door een gat te branden in de motor. En sinds maart beschikken ze over een laser van 58 kilowatt. Ook de defensiebedrijven Northrop Grumman en General Atomics werken aan lasers voor militair gebruik. „Welke technieken ze precies gebruiken, maken ze niet bekend”, zegt Mildren. „Maar de meeste gebruiken vrijwel zeker een methode waarbij laserstralen gecombineerd worden.” Het is mogelijk dat het onderzoek bij universiteiten achterloopt op dat van defensie.

Een van de meest futuristische laserprojecten is het High Energy Liquid Laser Area Defense System (HELLADS) van het Amerikaans defensie-instituut DARPA. Hun doel: een laser van 150 kilowatt die ingebouwd kan worden in, bijvoorbeeld, gevechtsvliegtuigen en oorlogsschepen.

Het neerschieten van ongewenste drones of vijandige voertuigen met een laser gaat overigens een stuk minder spectaculair dan in de Star Wars-films. Je hoort geen ‘pew pew’-geluiden en je ziet de laserstraal niet door de lucht heen schieten naar zijn doelwit. Net als bij een laserpointer reist de lichtbundel in een rechte lijn en verstrooit het licht niet naar de zijkanten. Je ziet het licht daardoor alleen daar waar het een oppervlak raakt. De enige manier waarop de aanwezigheid van de krachtige lichtstraal duidelijk wordt is het smeulende gaatje dat ontstaat in de zijkant van het doelwit.