Kohärenzlänge messen

[theskyflyguy]

Hi,
wie auch schon an anderer Stelle geschrieben, hab ich mir PFG-01 Film bestellt und will Denisjuk-Hologramme machen. Und vorher wollte ich mal die Kohärenzlänge vom Schullaser (so ein roter HeNe von Leybold) und vergleichsweise von meinem grünen China-Lasermodul messen. An unserer Schule hab ich so eine schwere Leybold-Platte mit Zubehör gefunden, wie sie z.B. auch in der neuen Holographie-Fibel hinten drin ist.
Also mal ein Michelson-Interferometer darauf aufgebaut und nach einigem Justieren auch die Ringe hinbekommen. So weit ich die Theorie verstanden habe, hab ich mir gedacht, einen Spiegel einfach immer weiter wegzustellen, bis die Ringe irgendwann nicht mehr auftauchen und der Wegunterschied kurz vorher dann die Kohärenzlänge des Lasers ist.

Leider sah es in der Praxis dann aber anders aus: Egal, wie weit ich den einen Spiegel wegstellte, habe ich nach kurzer Zeit zum Ausschwingen diese Ringe auftachen sehen (also nicht diese anderen staubbedingten Ringe, die immer da sind). Sie werden zwar immer kleiner, je weiter weg man ist, aber selbst bei ca. 3,00m Wegunterschied hat man noch was kleines sich bewegendes erahnen können.
Jetzt ist aber diese Bewegung nicht einfach das Auftauchen und Verschlucken der Ringe, das ja normal ist. Sondern je weiter man weg geht, desto mehr flackern die Ringe, hat das was damit zu tun?
Für Holographie wäre ein Flackern vielleicht gar nicht mal so ein Problem, wenn es aber in Wirklichkeit ganz schnelle Gangunterschiedswechsel sind, wohl eher doch.

Sorry, wenn das vielleicht nicht das richtige Unterforum dafür ist.

Viele Grüße,
Marco

[floh]

Die Kohärenzlänge eines HeNe ist üblicherweise gross genug für erste Versuche. Musst du nicht mal messen, es passt. Immer. Jedenfalls ist mir noch keiner untergekommen der nicht passen würde. Bei DPSS-, Dioden- und Ionenlasern ist das nicht ganz so einfach.

Das Flackern deiner Ringe ist das was das Hologramme machen am meisten stört: Bewegung. Je weiter dein Spiegel weg ist, desto empfindlicher wird der ganze Setup. Wenn sich die Ringe um eins verschieben hast du einen Gangunterschied von einer Wellenlänge erlebt. Damit du Hologramme machen kannst, müssen die Ringe absolut stabil bleiben und das über die ganze Belichtungszeit. Bei Denisjuk Setup ist das relativ einfach machbar, braucht aber doch ein bisschen Erfahrungswerte.

Ach ja, wenn die Ringe an sich stabil sind aber manchmal "springen" dann sind das Modehops des Lasers was bedeutet, er ist noch nicht wirklich stabil und braucht noch etwas Zeit (ca. 30min solltest du ihm schon geben)

[undineSpektrum]

Hallo zusammen,

auch wenn diese Diskussion hier vielleicht schon etwas älter ist - vielleicht noch etwas zum Thema "Kohärenzlänge messen".
Bei einem Helium-Neon-Laser ist die Kohärenzlänge - insbesondere bei den Geräten mit kleinerer Leistung und Etalon - meistens sehr groß, dieser Laser ist ultrastabil und mit ihm werden die größtmöglichen Kohärenzlängen erreicht.
Bei einem monomodigen oszillierenden Gerät sollte daher mit einem Michelson-Interferometer selbst bei optischen Weglängen von einigen Metern kein Unterschied zu beobachten sein - allerdings wird das immer schwerer Erkennbar, je weiter der in dem Meßarm des Michelson-IF entfernt wird, weil sich die Krümmungen der Wellenfronten immer stärker unterscheiden. ( Für Experten : in R(z) wird das z+dz immer größer ... ) weshalb das typisch Ringmuster immer schwerer zu sehen ist. Bei einem He-Ne mit hoher Strahlqualität macht eine solche Messung in der Praxis eigentlich für eine Anwenung zur Holografie keinen Sinn - wie "floh" schreibt : Da stimmt es immer. Hängt allerdings auch immer von der Röhrenlänge (Spiegelabstand) ab, bei längeren Laserröhren kommt es öfters vor, daß mehrere Moden innerhalb des Verstärkungsprofils anschwingen können, die aus verschiedenen Inversionen der Gasentladung gespeist werden - die neigen dann ( gerde nach dem Einschalten ) zum "springen", d.h. sie zeigen dynamisches Verhalten. Das verbessert sich mit zunehmender Betriebsdauer des Gerätes. Leider ist die Kohärenzlänge solcher längeren Laser meistens doch etwas kleiner, weil mehrere, longitudinale Moden anschwingen, die auch im stationären cw-Betrieb ganz oder zeitweise gemeinsam auftreten und dann interferieren. Das führt zu einem periodischen Interferenzkontrast, der je nach Modenabstand durch den freien Spektralbereich variiert. Hier ist die Aufzeichnung des Kontrastes mit dem Michelson ( also bei längeren Laserrohren ) meistens sinnvoll, da das maximale Volumen ( also die Größe der Szene ) in dem Bereich zwischen zwei Kontrastminima liegt und sich damit abschätzen läßt. ("Maximal nutzbarer Gangunterschied bei Multimoden-Betrieb")
Interessant vor dem Hintergrund des Themas "Bestimmung der Kohärenzlänge einer Lichtquelle für die Holografie" ist vielleicht, daß es auch natürliche Quellen gibt ( Gasentladungslampe ) mit der sich bereits flache Gegenstände wie eine Münze oder eine Taschenuhr ganz oder Teilweise als Denisyuk-Holo aufnehmen lassen ( hat seit 1961 nur kaum jemand ausprobiert !!! ), ich habe dies bereits mit dem sog. "U8-Material" ( britischer HRT-Nachfolger ! ) mehrfach getestet, weil ich nicht glauben konnte, was ich ausgerechnet hatte - und erstaunliche Ergebnisse erhalten. ( Der entwickelte Film zeigt einen deutlichen gelb-rötlichen Schimmer mit leichter "Perspektive" in der Form des aufgelegten Metallstückes wenn man die Metallplatte an die Sonne oder eine Halogenlampe hält ... und das Bild ist gestochen scharf ! )
Die Lichtquelle war eine gewöhnliche Quecksilber-Kurzbogenlampe (HBO 52/2 / Phywe-Systeme GmbH), das für diese Quelle mit Interferenzfilter bei einer Mittenwellenlänge von 546 nm und 12 nm spektraler Breite errechnete Kohärenzvolumen erreicht durchaus viele mm³, so daß ein flacherer Gegenstand noch mit gutem ( Interferenz - )Kontrast abgebildet werden kann.
Der Gegenstand wird vor der Belichtung direkt auf die Filmemulsion gelegt. ( Meine ersten Versuche habe ich noch mit panchromatischen HRT-Platten 1994 gemacht - Hologramme aus natürlichem Licht! )
Hat sich mal jemand mit Holografie mit einer gewöhnlichen Lampe hier beschäftigt? - Schreibt doch vielleicht mal!

Liebe Grüße,

Undine

[VDX]

Hi Undine,

wie siehts eigentlich mit der Köhärenzlänge von Faserlasern aus?

Ich habe einen mit 5m Faserlänge, der mit etwa 160Watt 975nm gepumpt wird und bis 50Watt bei 1070nm emittiert.

Evtl. eine Idee, wie 'Infrarot-Holgramme' zu machen wären?

Viktor

[undineSpektrum]

Hallo,

meine Ausführungen Abschätzungen bezogen auf einen FPI-Gaslaser wie er klassischerweise benutzt wird.
Zu Faserlasern bin ich etwas überfragt - grundsätzlich hängt das immer davon ab, wie der Laser aufgebaut ist, das besondere beim Faserlaser ist ja daß die verstärkten Strahlungsmoden aus einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehenden Welle und einer "Wanderfeldkomponente" bestehen, die sich durch den als aktives Medium arbeitenden Kern eines Faserkabels ausbreitet. Die Wanderfeldkomponente würde ich eher wie "Superstrahlung" in der kohärenzeigenschaft bewerten - also nicht besonders gut im Verhältnis zu einem ordentlichen Monomode-Laser - ich kann mich da aber irren.
Ich würde einfach sagen ausprobieren - und da ist Dein nächstes Problem bei 1070 nm - ist wie der NdYAG bei 1064 nm für das menschliche Auge komplett unsichtbar - Ringe sehen usw. geht da nicht.
Welche Ausrüstung zum Messen hast Du? - Wenn Du ein Gerät zur Aufnahme des Strahlprofils besitzt ( um die Strahlqualität deines Faserlasers zu beurteilen ) kannst Du die Interferenzfigur auf dieses Gerät abbilden und den gleichen Versuch machen wie ich ihn mit dem He-Ne-laser bei 632.8 nm beschrieben habe. Metalloberflächenspiegel bei dem Michelson reflektieren auch diesen Wellenlängenbereich sehr gut.
Um IR-Strahlung und Interferenzfiguren sehen zu können ohne kostspielige Meßtechnik genügt ein billiger Zinksulfidschirm, der Schirm sollte im verdunkelten Raum mit einer UV-Lampe ( Geldscheinprüfgerät u.ä. genügt ) beleuchtet werden.
Der Schirm zeigt im dunkeln dann "Nachleuchteffekt". Trifft die IR-Strahlung auf diesen Schirm so zeigt sich an der Stelle ein dunkler Fleck - bei Interferenzen in Form von hellen und dunkelen Ringen.
Ich habe an der Uni mit dieser Methode die Kohärenzlänge von Nd-YAG-Lasern (1064 nm) bestimmt. Geht auch noch sehr gut beim CO2 - Laser! ( Die Leistungen die Du verwendest sollten hier eigentlich ausreichen ! )
Hologramme mit IR-Strahlung? - Meiner Meinung nach mit gängigem Material nicht möglich ( "Cut-off-Wellenlänge" des Holografiematerials ) - kommerzielles Holografiematerial arbeitet mit der fotochemischen Wirkung des Lichtes. Bei IR-Strahlung dominieren thermische Effekte.
Ich denke an die Konversion durch optische Frequenzverdoppelung hast Du schon gedacht, das währe in Deinem Fall grünes Licht, da kannst Du alle gängigen grünempfindlichen oder panchromatischen Materialien benutzen.
Es gibt noch eine Reihe spezieller Aufnahmemöglichkeiten, nur von Experten angewandt wie -

-SHG innerhalb der Filmemulsion
-Fotorefraktive Materialien
-Thermische Verformung von plastischen Kunststoffen ( höhere Leistung / CO2 - Laser )

Was interessiert Dich genauer und welchem Aufwand willst Du betreiben? Gut ist, daß Du relativ viel Strahlungsleistung bei 1070 nm zur Verfügung hast.
Vielleicht fällt hier noch jemandem was ein...?

Liebe Grüße,

Undine

[VDX]

Hi Undine,

zur 'Sichtbarmachung' verwende ich Indikatorplatten (hier in Bild 2 und 4 zu sehen) oder Digitalkameras oder ein Nachtsichtgerät von einem Leo

Allzuviel Aufwand will ich nicht betreiben, hab' mit der Materialbearbeitung sowieso schon viel zuviel um die Ohren ... Frequenzverdopplung wäre allerdings eine Option

Viktor

[undineSpektrum]

Hallo Viktor,

also wie ich sehe und lese benutzt Du schon geeignete Mittel eines Profis um deine Strahlungsintensität zumindest zu beobachten, d.h. also für dich sind die 1070 nm Wellenlänge mit Deinen Hilfsmitteln so sichtbar wie der Helium-Neon-Laser für das menschliche Auge auf der bekannten, roten Spektrallinie.
( Richtig, eine Digitalkamera tut´s manchmal auch schon,habe ich vor über 10 Jahren für den Spot eines Bleisalzlasers (IR) auf einem Karton als Schirm verwendet!)
Mein Tipp ist dann ganz einfach ( zur Bestimmung der Kohärenzlänge ) : Baue ein Michelson-Interferometer auf und verfahre wie in der Beschreibung mit dem He-Ne-Laser. Vereinfachend kommt hinzu, daß die Interferenzen in einem Aufbau mit dem IR-Laser gröber sind ( kleiner Ortsfrequenzen auftreten ) als beim Helium-Neon-Laser im sichtbaren Bereich - macht die Justage etwas leichter und unempfindlicher.
Wichtig ist allgemein - wenn Du keine Interferenzen sehen kannst, sind Hologramme im allgemeinen nicht möglich, deshalb ist auch die Prüfung des Interferenzmusters mit dem Michelson-Interferometer eine gute Möglichkeit zu prüfen ob das überhaupt geht. Hast Du die Möglichkeit ein Michelson-Interferometer aufzubauen oder sogar ein solches, fertiges Gerät im Labor?
Zu unterstützung währe vielleicht - wenn Du einen He-Ne- Laser zur Verfügung hast - der von ihm erzeugte, sichtbare Strahl als "Pilotstrahl" hilfreich ( wird so eingekoppelt wie in der Materialbearbeitung ! ). Wenn der rote Pilotstrahl Interferenzen im Michelson - IF auf deinem Schirm / Detektorkarte zeigt, beobachte mal die 1070 nm Wellenlänge mit deinen Hilfsmitteln - es müßten deutliche dunkle Ringe oder Streifen in dem Laserspot zu sehen sein - dann hat es geklappt und Du siehst Interferenz! Dann beginne mit der Bestimmung der Kohärenzlänge deines Lasers. (Verschieben des einen Spiegels und ggf. nachjustieren) Ich denke Du verstehst wie ich das meine? Ansonsten einfach wieder fragen.
Denke auch daran : Solche Aufbauten zur Erzeugung von Interferenz sind empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Bewegungen und Erschütterungen - hat schon so manche richtige geplante Hologrammaufnahme verdorben.

Liebe Grüße und schöne Freiertage und erfolgreiches Experimentieren
wünscht Dir

Undine