Mengapa laser tidak bertahan lama di luar angkasa?
Sebuah artikel berita melaporkan hal itu
OSIRIS-REx dilengkapi dengan dua laser untuk pesawat ruang angkasa untuk menembak dari batu dan mempelajari gema untuk memfasilitasi pendaratan dan manuver pengambilan sampel. ...
Kebanyakan laser tidak bertahan lama di luar angkasa , jadi memiliki dua laser yang berfungsi pada pesawat ruang angkasa yang lebih tua dari satu dekade jarang terjadi, [penyelidik utama OSIRIS-REx] Dante Lauretta mengatakan. "Memiliki dua laser baru yang belum pernah kami gunakan, saya sebenarnya sangat bersemangat tentang itu."
Apa yang memperpendek umur laser seperti itu, jika berada di pesawat ruang angkasa?
(Kedengarannya seperti apa yang dipersingkat adalah masa kerjanya; tidak memburuk saat dimatikan.)
Ini adalah LIDAR alias laser range altimeter, "OLA".
https://www.asteroidmission.org/objectives/instruments/
https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-017-0375-3
https://www.asteroidmission.org/wp-content/uploads/2016/05/OLA-Schematic.png
Jawaban
Makalah "Teknologi Laser dalam Aplikasi Fotonik untuk Luar Angkasa" oleh Denis Guilhot dan Pol Ribes-Pleguezuelo menyoroti beberapa masalah laser di luar angkasa:
Dalam kasus spesifik dioda laser, indium yang digunakan untuk mengemas chip laser dapat mewakili risiko jika terjadi kisaran suhu ekstrim karena perilaku creep indium yang dapat menyebabkan kegagalan perangkat yang fatal [135]. Selain itu, rezim vakum tinggi bahkan dapat menyebabkan perubahan sifat kimia dan fisik komponen akibat dehidrasi [137]. Masalah umum lainnya untuk kristal dan serat laser adalah efek penandaan cahaya yang dihasilkan dalam komponen optik karena penyerapan radiasi. Banyak penelitian telah dilakukan tentang efek beberapa jenis radiasi pada berbagai bahan laser dengan rasio doping yang berbeda [138.139], yang harus diperiksa oleh insinyur ruang fotonik untuk memilih kandidat terbaik untuk rakitan mereka. Masalah ini dapat dengan mudah diselesaikan dengan meningkatkan pelindung komponen, namun,ketebalan yang meningkat yang disebabkan oleh lapisan ekstra bahan yang melindungi komponen meningkatkan berat perangkat terintegrasi, dan seringkali juga ukuran dan biayanya. Oleh karena itu, komponen harus dipilih secara cermat agar sesuai dengan anggaran radiasi misi untuk memastikan bahwa keluaran laser mempertahankan spesifikasi yang diperlukan selama periode operasional yang lama dari misi tanpa menimbulkan biaya yang tidak perlu yang disebabkan oleh pelindung ekstra.komponen harus dipilih secara cermat untuk kesesuaian optimal dengan anggaran radiasi misi untuk memastikan bahwa keluaran laser mempertahankan spesifikasi yang diperlukan selama periode operasional yang lama dari misi tanpa menimbulkan biaya yang tidak perlu yang disebabkan oleh pelindung ekstra.komponen harus dipilih secara cermat untuk kesesuaian optimal dengan anggaran radiasi misi untuk memastikan bahwa keluaran laser mempertahankan spesifikasi yang diperlukan selama periode operasional yang lama dari misi tanpa menimbulkan biaya yang tidak perlu yang disebabkan oleh pelindung ekstra.
[...]
Baik faktor kehandalan dan biaya merupakan persyaratan penting yang seringkali sangat mempengaruhi pilihan desain, faktor pertama juga mempengaruhi efisiensi perdagangan yang perlu dilakukan dalam hal penurunan peringkat seumur hidup.
Makalah "Pengembangan Altimeter Laser (LIDAR) untuk Hayabusa2" oleh Mizuno et al. menjelaskan bagaimana laser altimeter pada pengorbit bulan SELENE gagal, karena Laser Diode (LD) memburuk:
Diketahui bahwa LD dalam laser gelombang kuasi-kontinu daya tinggi akan memburuk dengan jumlah osilasi, sehingga menurunkan keluaran; secara umum, masa manfaat LD adalah sekitar ($10^{9}$) tembakan. Namun, dalam kasus LALT pada SELENE, daya laser mulai berkurang dengan cepat sekitar ($10^{7}$) tembakan di orbit, meskipun kekuatan laser dipertahankan ($10^{8}$) tembakan dalam tes pra-penerbangan. Kami menghubungkan ini dengan penurunan keluaran LD
[...]
Kami perlu mengatasi beberapa masalah yang berkaitan dengan laser. Yakni, (1) kerentanannya terhadap perubahan suhu, (2) kerentanannya terhadap tekanan mekanis, dan (3) degradasi LD. [...] Mengenai masalah (3), degradasi LD, kami tidak dapat mengidentifikasi penyebab pasti dari degradasi tersebut.
Secara umum, dioda laser dipengaruhi oleh perubahan suhu dan radiasi. Anil pada suhu yang lebih tinggi dapat memperbaiki cacat pada kristal, tetapi tidak selalu berhasil: (dari kertas yang sama)
Namun, dalam uji vakum termal modul laser, daya keluaran laser menurun saat suhu laser diturunkan hingga 10 ° C atau kurang. Kami juga menemukan kesalahan di mana keluaran laser tidak pulih bahkan setelah kembali ke suhu kamar, karena degradasi rasio kepunahan sel Pockels.