CW Laser zum Heizen

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Matthias1989
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CW Laser zum Heizen

Beitrag von Matthias1989 » Mi 13 Jul, 2016 1:39 pm

Hallo liebe Laser-Freunde,

im Rahmen meiner Promotion baue ich einen Setup mit UHV auf und wir sind gerade am überlegen, wie wir die Probe am besten heizen können. Ein resistives Heizen ist leider nicht möglich, da die Probe auf Hochspannung liegt und nach unten isoliert ist. Ein Heizen mit einer Glühlampe würde die Messung beeinträchtigen, da aus dem Draht auch Elektronen austreten (wir messen ein sehr kleines Signal, das mit einer multi channel plate verstärkt wird). Daher habe ich jetzt überlegt, ob man nicht einfach einen kontinuierlichen Laser verwenden könnte. Ich hab im Bereich Laserphysik während meines Studiums 2 Vorlesungen gehört, aber nie experimentell mit Laser gearbeitet. Den Laserstrahl würde ich dann einfach mit einer Linse aufweiten sodass die Probe gleichmäßig erhitzt wird. Wie viel kostet so ein Laser in etwa (Probe hat Abmessungen im mm Bereich und müsste auf ungefähr 1200°C erhitzt werden) und welche Firmen würdet ihr empfehlen? Andere Lösungsvorschläge zum Erhitzen der Probe sind natürlich auch willkommen =) Vielen Dank für eure Hilfe!

Viele Grüße
Matthias

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VDX
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Re: CW Laser zum Heizen

Beitrag von VDX » Mi 13 Jul, 2016 4:21 pm

Hi Matthias,

was für ein Material ist das?

Je nach Absorptionsvermögen gingen NIR-Dioden mit 808nm oder 975nm - ich verwende selber welche mit 975nm und 9W oder 25W zum Wegdampfen (Gravieren) von schwarzen bzw. dunklen/absorbierenden Oberflächen.

Ansonsten CO2-Laser mit 10640nm Wellenlänge, die vor Allem von organischen Materialien sehr gut absorbiert werden.

Für die benötigte Leistung pro Fläche und den Preis mußt du dir ausrechnen, wieviel % Absorption du ins Material reinbekommst.

Das können dann schon mal mehrere k€ werden ...

Viktor
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Matthias1989
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Re: CW Laser zum Heizen

Beitrag von Matthias1989 » Do 14 Jul, 2016 11:21 am

Hallo Viktor,

danke erstmal für die schnelle Antwort! Bei dem Aufbau sollen verschiedene anorganische, kristalline Proben im Ultrahochvakuum (UHV) bis 10^-8 mbar untersucht werden. Das genaue Absorptionsverhalten kann ich daher nicht spezifizieren.
Ich habe das Ganze mal grob überschlagen, mit der Wärmekapazität von Blei und den Wärmverlusten durch Strahlung sollte ein 50W Laser bei 50% Absorption eigentlich reichen. Ist ein Absorptionsgrad von 50% realistisch? Möglicherweise ist eine Diode wie du vorgeschlagen hast sogar ausreichend (oder meintest du einen Diodenlaser?). Da die IR Strahlung von einer Diode aber nicht so gerichtet emittiert wird, müsste ich noch überlegen, wie es die Probe am besten erreicht. Ich wollte den Laser außerhalb der Vakuumkammer befestigen und die IR Strahlung über ein im IR-Bereich durchlässiges Vakuumfenster einkoppeln. Ich glaube dass wäre mit einer Diode eher schwer zu realisieren.
Eine andere Idee ist mir gerade noch eingefallen, man könnte auch einen Faserlaser der im IR emittiert verwenden, dann brauche ich kein extra IR Fenster sondern kann die Faser über eine Vakuumdurchführung in die Kammer schleusen.

Vielen Dank für die Hilfe und ich freue mich auf weitere Vorschläge und Anregungen!

Matthias

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VDX
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Re: CW Laser zum Heizen

Beitrag von VDX » Do 14 Jul, 2016 12:19 pm

Hi Matthias,

hier hatte ich mal verschiedene IR-Dioden mit Faserankopplung vorgestellt - http://reprap.org/wiki/Laser_Cutter-German

Derartig fasergekopplete Laserdioden gibt es bis 100Watt aus einer 105µ dicken Faser.

Das sind keine "Faserlaser", sondern die zum Pumpen von Faserlasern verwendeten Dioden.

Die Wellenlänge bei den Faserlaser-Pumpdioden ist meist 975nm, zum Pumpen von NdYAG-Lasern werden 808nm-Diodenbarren verwendet - in dem obigen Link mit den vielen fasergekoppleten Dioden die ganz rechts Außen ist ein 25W@808nm-Diodenbarren mit 19 Emittern, die einzeln mit Fasern angekoppelt und als Bündel herausgeführt werden - da ist der äußere Faserdurchmesser etwa 700µm.

Der Strahl kommt in einem recht schmalen Kegel aus der Faser raus - da könnte es reichen, das Faserende einige Zentimeter über/neben die Probe zu fixieren, um sie voll auszuleuchten.

Idealerweise kannst du auch mehrere Dioden nehmen und die Faserenden rundherum fixieren.

Eine einzelne 9W@975nm-Diode kostete letztens um die 450€ - vor etwa 10 Jahren habe ich sie noch für 330€ kaufen können :?

808nm-Barren sind da deutlich günstiger.

Alternativ gingen auch blaue 445nm-Dioden, die es momentan mit 2W, 3.5W und 6.5W zu kaufen gibt - da ist die Absorption wegen der kürzeren Wellenlänge besser, als bei den 975nm- oder 808nm-Dioden.

Hier hatte ich mal 6 davon in einem Kopf gebündelt - das geht natürlich auch mit mehr :wink:
6xKopf1.jpg

Viktor
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