Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Physikalische Grundlagen, Information und Fragen zu Lasern.

Moderator: ekkard

Antworten
Benutzeravatar
R3N3
Beiträge: 255
Registriert: So 10 Aug, 2014 10:44 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 400mW Selbstbau-Chaoskiste (450/520/650) mit 20k Billigscannern und Gratings via HE Laserscan mit Easylase II DMX. Es tut und leuchtet schön bunt. :-)
Wohnort: Stuttgart
Kontaktdaten:

Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von R3N3 » Sa 06 Jan, 2018 8:37 am

Hallo alle zusammen :D

Ich habe eine, vielleicht etwas naive, vermutlich auch nicht praxisrelevante, aber mich seit Tagen beschäftigende Verständnisfrage...

Es wurde und wird ja im Forum viel über Leistung, Strahldurchmesser, Divergenz im Halb- oder Vollwinkel, Single- oder Multimode diskutiert. Und manche Hersteller werben ja ausdrücklich mit Sätzen wie "Leistung verdoppelt = 1,5 fache Helligkeit / Strahldurchmesser halbiert = 4 fache Helligkeit" und ähnlichem.

Jetzt frage ich mich seit geraumer Zeit, wie der Strahldurchmesser von den Herstellern denn definiert ist und ob er berechnet oder gemessen oder geraten oder ausgelost wird.

Natürlich kann ich den Mitarbeiter mit den besten Augen und dem schärfsten Blick mit einem Maßband hinstellen und den Strahl ausmessen lassen. Aber das wird ja keine exakten Ergebnisse bringen.

Im Fall von Dioden-Lasern kann ich aber auch nicht die Emitter-Breite nehmen, da der Strahl ja im Nachhinein noch kollimiert wird.

Wenn ich jetzt einen "idealen" Laserstrahl mit klassischen Gaußeigenschaften und TEM00 zu Grunde lege, so frage ich mich, wieviel Prozent des ausgesandten Strahls und/oder des an der Wand auftreffenden Lichtflecks nun als "Strahldurchmesser" für die Herstellerangabe und deren Divergenzberechnung gelten? Denn kein Mensch wird die 99.99% der Gauss-Verteilung mit seinen Augen sehen und messen können. Aber letztlich bestimmt ja die Intensität im Rahmen der Gauß-Eigenschaften irgendwie die Definition des Strahldurchmessers.

Ich habe mich hier durch Berge an Posts von Undine durchgeschlagen (Puh das ist hartes Brot) und bin im Thread Modenvolumen berechnen nachdem ich manche Rechnung nachvollziehen konnte auf die Aussage
Der Strahldurchmesser eines beliebigen TEM-ql ist dabei nach verschiedenen Kriterien bestimmt - der wichtigste ist der Durchmesser als der Bereich in dem sich 86,4% der Gesamtstrahlungsleistung befinden... 100% sind ja in´s "Unendliche" verteilt...
gestossen.

Ich weiß aber nun nicht, ob das 1.) eine offizielle allgemeingültige Festlegung ist oder nur auf die im Thread diskutierte spezielle Fragestellung zutrifft oder ob das 2.) tatsächliche Relevanz für die physikalisch-technischen Angaben der Hersteller hat. Zumal sich mir dann die Frage stellt, wenn ich 100% nicht messen kann, wie messe ich dann 86,4%?

Wie funktioniert die Angabe und Festlegung des "Strahldurchmesser" in der Praxis? Vor allem bei Dioden, deren kollimierten Strahl-Durchmesser ich ja nicht wie bei Gas- oder DPSS durch die reine Austrittsfensterbreite näherungsweise festlegen kann?

(Ich werde das Gefühl nicht los, dass die Antwort so einfach ist, dass ich hinterher im Boden versinke...)

Viele liebe Grüße und allen ein schönes Wochenende, Rainer :D

mikesupi
Beiträge: 1205
Registriert: Do 15 Mär, 2007 3:58 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Ar-Ion, Ar/Kr-Ion, DPSS, Diode. All what Tarm has ever supplied. Old School Beamtables from ACR, Datronik, Freitag, Lasermedia, Omicron, LPS, Tarm. RGB Systems from Arctos, Kvant, Martin, MediaLas, RTI, Sollinger, SwissLas, Tarm. Soft: Phoenix, Dynamics NetLase, LDS, LPS, HE, Sollinger DSP, Pango Beyond Adv, QM2000Net, FB3, FB4. Ion-Lasers: Coherent Star IIc, Cohrerent Innvova 70 Purelight, Cohrerent Enterprise II Purelight, Spectra Physics SP168 Colorshot, Spectra Physics SP165 PL, Spectra Physics SP164 Argon, Spectra Physics Chroma 5, Spectra Physics Spinnaker 1161, ALC 909z Argon, ALC 909z WL Ar/Kr, ALC 909TLC WL, ALC60X Meiling SNT, ALC60X Goldbox, ALC60WL, ALC68 Meditec, ILT5470K, HeNe 632.8nm, 532nm, 694nm, Spectra Physics LGK-7626 HeNe Red pol. 50mW, NEC/NLC Argon, Cyonics JDS Uniphase 2214-40ML, JDS Uniphase 2218SL, Zeis Lasos LGK7812, Lexel 85, Lexel 88, Omnichrome 643 RGB, Melles Griot 643 Argon, HGM K1 Spectrum Krypton Laser.
Wohnort: Frankfurt/Main

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von mikesupi » Sa 06 Jan, 2018 9:21 am

Hi Rainer,

man misst das entweder mit einem entsprechenden Leistungsmessgerät (Coherent, etc.), das auch das Strahlprofil und die Leistungsverteilung ausgibt. Das macht man dann in verschiedenen Entfernungen.
Die Einen arbeiten mit Thermosensoren, die Anderen mit CCD Kameras und entsprechenden Filtern.

LG
Mike


...

Benutzeravatar
Hatschi
Beiträge: 3527
Registriert: Mi 13 Mär, 2002 12:00 pm
Wohnort: Kaernten/Austria
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von Hatschi » Sa 06 Jan, 2018 12:08 pm

Halli Hallo

Der Einfachheit halber nimmt mann 80 oder 85% der Gaussverteilung an.

Bei Showprojektorherstellern wirst du dazu allerdings nichts finden. Ist ja auch fast Wurst ob das Rund oder wie auch immer ist, da zählt nur die Gesamtleistung.
Anders bei Applikationen in denen das Strahlprofil Vorrang hat.

Kleinste Divergenz ist nicht immer das sinnvollste bei Showprojektoren (Publikumsabstand), trotzdem kann man mit geringerer Divergenz an der Gesamtleistung sparen. Geringere Divergenz = größerer Strahldurchmesser und der passt dann oft nicht mehr auf die Scannerspiegel.

Hatschi

Benutzeravatar
ekkard
Beiträge: 1796
Registriert: Mi 21 Feb, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 1 Kopf
Wohnort: Overath,Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von ekkard » Sa 06 Jan, 2018 1:47 pm

Jener Durchmesser, der 86,4% ~(1-1/e²)*100 der Gesamtleistung umfasst, ist die übliche (Physikbuch-) Definition. Das ist zugleich jener Durchmesser, bei dem die Strahldichte auf das 1/e²-fache abgefallen ist (immer Gaußprofil voraus gesetzt).

Für sicherheitsrelevante Betrachtungen wird aber der kleinere Durchmesser verwendet, der nur ~(1-1/e)*100 = 63,2% der Leistung umfasst. Das ist auch ungefähr das, was man auf einer Projektionsfläche sieht, weil man dabei geblendet wird.

Hersteller geben vielfach jenen Durchmesser an, bei dem die Strahldichte (nicht Strahlleistung!) auf den halben Wert abgesunken ist. Wie man das nun in einen der anderen Werte umrechnet, muss ich erst einmal nachforschen.
Wenn es wichtig wird oder ist, kann ich das gerne tun.
Erst mal so viel!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

Benutzeravatar
R3N3
Beiträge: 255
Registriert: So 10 Aug, 2014 10:44 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 400mW Selbstbau-Chaoskiste (450/520/650) mit 20k Billigscannern und Gratings via HE Laserscan mit Easylase II DMX. Es tut und leuchtet schön bunt. :-)
Wohnort: Stuttgart
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von R3N3 » Sa 06 Jan, 2018 5:52 pm

Hallo

Danke für die Antworten. Da habt ihr mir echt weitergeholfen.
immer Gaußprofil voraus gesetzt
Ein Gaußprofil kann ja bei der Intensität dann aber tatsächlich nur für TEM00 gelten oder? Denn bei anderen Moden habe ich ja mehrere "Maxima" auf den Thermosensoren oder CCD Kameras, vermute ich? Wobei auch die selbst ja wiederum einer Gaußverteilung unterliegen, oder?
Wie man das nun in einen der anderen Werte umrechnet, muss ich erst einmal nachforschen.
Wenn es wichtig wird oder ist, kann ich das gerne tun
Danke Ekkard, aber das ist nicht nötig. Es ging mir tatsächlich nur um mein eigenes Grundlagen-Verständnis, und nicht um eine konkrete spezielle Berechnung oder Anwendung.

Viele liebe Grüße, Rainer

Benutzeravatar
ekkard
Beiträge: 1796
Registriert: Mi 21 Feb, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 1 Kopf
Wohnort: Overath,Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von ekkard » Sa 06 Jan, 2018 7:25 pm

Hallo Reiner!
R3N3 hat geschrieben:
Sa 06 Jan, 2018 5:52 pm
Ein Gaußprofil kann ja bei der Intensität dann aber tatsächlich nur für TEM00 gelten oder? Denn bei anderen Moden habe ich ja mehrere "Maxima" auf den Thermosensoren oder CCD Kameras, vermute ich? Wobei auch die selbst ja wiederum einer Gaußverteilung unterliegen, oder?
In der Praxis reicht meistens die Näherung, der Strahl habe Gauß-Profil. Meine Abschätzungen ergeben, dass man ohnehin besser mit einem Faktor 1/2 rechnet (oder die Strahldichte, volkstümlich Intensität, vor dem Vergleich mit der MZB verdoppelt). Erst, wenn's "Spitz auf Knopf" kommt, muss man halt nachmessen oder -rechnen. Aber dann wird die Sache ohnehin "grenzwertig", und man ergreift besser andere Maßnahmen als genauer zu prüfen.

Es ist korrekt, dass bei mehreren Moden jede einzelne ihrerseits ein quasi-Gauß-Profil aufweist. Dies ist aber nicht immer so. Man denke an Modenkopplung und "Hotspots". Es ist daher immer eine gute Idee, sich die Strahlprofile genauer darzustellen und "anzusehen" (möglichst mit einem Instrument!).
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

Benutzeravatar
vakuum
Beiträge: 1467
Registriert: Mi 09 Nov, 2005 10:55 am
Do you already have Laser-Equipment?: Vieles zwischen 1 und 50 Watt
Wohnort: Near Zürich Schweiz
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von vakuum » So 07 Jan, 2018 5:42 pm

Bei Laserdiode wird die Divergenz meistens in FWHM angegeben.
Näheres Dazu: https://de.wikipedia.org/wiki/Halbwertsbreite

Benutzeravatar
tschosef
Beiträge: 7941
Registriert: Mi 19 Nov, 2003 10:27 am
Do you already have Laser-Equipment?: 7 Projektoren, Tarm Two und DS 2000
7 x ShowNET in einem Gehäuse incl Switch
zwei alte Eigenbaukisten liegen noch im Keller rum.
Wohnort: Steinberg
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von tschosef » Mo 08 Jan, 2018 8:11 am

Halli hallo...
In der Praxis reicht meistens die Näherung, der Strahl habe Gauß-Profil.
wobei dieses Profiel eben in der Praxis/Realität so gut wie nie vorkommt... erst recht nicht bei MultiMode Dioden und Spiegelschnitt Modulen...


viele Grüße
Erich
Schreibe nie etwas, was Du deinem Gegenüber nicht auch vor anderen Leuten ins Gesicht sagen würdest

Bin der Programmierer von Showeditor und HE-Laserscan
www.HE-Laserscan.de

Lasersoftware + Laserhardware

Benutzeravatar
jojo
Beiträge: 1936
Registriert: Fr 21 Dez, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: -
Wohnort: Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von jojo » Mo 08 Jan, 2018 12:09 pm

Also ich tendiere auch zur Angabe des FWHM.
Die meisten Laserhersteller geben die Strahldaten so an. Damit meine ich nun "echte" Laserhersteller oder Diodenhersteller und keine Projektorhersteller.

Bei einem Multimodestrahl nimmt man dann einfach den Randbereich, an dem die Leistung auf die Hälfte abgefallen ist.
Jetzt frage ich mich seit geraumer Zeit, wie der Strahldurchmesser von den Herstellern denn definiert ist und ob er berechnet oder gemessen oder geraten oder ausgelost wird.
Es wird der Wert angegeben, der sich am besten verkauft. :D
In der Showbranche wird eigentlich nur noch bei der Scanspeed von Galvos noch mehr betrogen, als bei den Strahldaten der Laser. :lol:
Das ist auch bei Lasern wie bei den Galvos ganz einfach: Indem man die Messbedingung einfach weglässt, kann man sich jeden gewünschten Wert zurechtlügen.
Also so wie ich z.B. bei Galvos "50K" einfach den Anhang "bei 8 Grad ILDA-Testbild" einfach weglasse, kann ich auch beim Laser "3 Millimeter" einfach den Anhang "FWHM" oder "86,4% der Gesamtleistung"
weglassen und somit mir jeden gewünschten Strahldurchmesser von 2 bis 5 Millimeter hinbiegen...


Gruß

Joachim
Producer of NetLase, EasyLase USB and Raytrack scanners
http://www.jmlaser.com
Gewerbliches Mitglied

NO private messages please !

Benutzeravatar
JETS
Beiträge: 1110
Registriert: So 05 Jan, 2014 9:42 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Ja
Wohnort: JN48 Stuttgart

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von JETS » Mo 08 Jan, 2018 3:44 pm

Ich persönlich fände es ja fair, wenn die Leistung einfach am paralell kollimierten Strahl nach einer Blende mit dem angegebenen Strahldurchmesser gemessen wird.
Do not stare into the laser beam with your remaining eye!

Bunt ist nur eine Frage des Spektrums.

...wäre unsere Phantasie realistisch, dann wäre unsere Realität phantastisch.

Benutzeravatar
VDX
Beiträge: 3482
Registriert: Mi 17 Mär, 2010 11:16 am
Do you already have Laser-Equipment?: ... diverse Laser für die Materialbearbeitung

weitere Hobbies: - CNC-Fräsen, 3D-Scannen, 3D-Drucken, Laserbearbeitung, Mikrotechnik ...
Wohnort: Nähe Hanau, Main-Kinzig-Kreis

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von VDX » Mo 08 Jan, 2018 4:07 pm

... ich habe mir gerade ein anderen "Problem" aufgehalst - wie messe ich den Unterschied zwischen 975nm und 1070nm mit "Hausmitteln"?

Die Leistung zu messen ist kein Problem, hab' ein Leistungsmeßgerät mit Siliziumsensor, das kurzzeitig bis 50Watt CW messen kann.

Bei den 975nm-IR-Laserdioden mit Faser dran habe ich ein relativ gutes "top hat"-Profil und bei den Faserlasern eine perfekte gaussche Verteilung.

Jetzt habe ich es bei einem defekten Faserlaser, bei dem die Pump-Dioden-Einkopplung noch intakt ist, nur durch Strom auf die 975nm-Dioden geschafft, einen "perfekt gausschen" Strahl aus dem Faserkopf rauszubekommen.

Die Ausgangsleistung entspricht auch in etwa den Angaben für den Faserlaser mit 1070nm.

Wie kriege ich nun die Ausgangs-Wellenlänge raus :?

Viktor
Aufruf zum Projekt "Müll-freie Meere" - https://reprap.org/forum/list.php?426 -- Facebook-Gruppe - https://www.facebook.com/groups/383822522290730
Call for the project "garbage-free seas" - https://reprap.org/forum/list.php?425

Benutzeravatar
ekkard
Beiträge: 1796
Registriert: Mi 21 Feb, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 1 Kopf
Wohnort: Overath,Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von ekkard » Mo 08 Jan, 2018 6:08 pm

Ich werde nicht ganz schlau aus deiner Problemschilderung.
Entweder eine Spektralkomponente ist ausgefallen, dann misst dein Leistungsmessgerät die andere.
Oder beide strahlen, dann brauchst du ein Filter für eine der beiden Komponenten, beispielsweis ein Sperrfilter für 1070nm. Mit Filter misst du nur die 975nm-Komponente, ohne Filter beide. Die Differenz ist der 1070-er Anteil. (Bei Differenzbildung bitte den vergrößerten relativen Messfehler beachten!)
Wenn dein Messgerät unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten aufweist, musst du "gewichtete" Differenzen aus den Herstellerangaben zur spektralen Empfindlichkeit des Messgerätes ermitteln. Das kann bei großen Unterschieden der spektralen Empfindlichkeit das oben beschriebene Verfahren ad absurdum führen. Kurz: Es geht so nicht!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

Benutzeravatar
VDX
Beiträge: 3482
Registriert: Mi 17 Mär, 2010 11:16 am
Do you already have Laser-Equipment?: ... diverse Laser für die Materialbearbeitung

weitere Hobbies: - CNC-Fräsen, 3D-Scannen, 3D-Drucken, Laserbearbeitung, Mikrotechnik ...
Wohnort: Nähe Hanau, Main-Kinzig-Kreis

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von VDX » Mo 08 Jan, 2018 6:23 pm

Hi Ekkard,

hab' mal nachgeschaut - die rein über den Dioden-Strom (ohne seed-Diode und MO) ansteuerbaren Faserlaser sollen ein Filter gegen die 975nm vorne drin haben -- da sollten also nur noch 1070nm rauskommen ... das entspricht auch dem "perfekten gausschen Strahlprofil", was ich auf dem Indikatorplättchen sehe - sonst würde ich über die zusätzliche Abstrahlung der Pumpleistung aus dem Cladding heraus auch nur wieder ein top-hat Profil sehen.

Aso gehe ich mal davon aus, daß ich diesen Faserlaser mit einer Leistung bis knapp 160Watt mit PWM oder bis 140Watt CW laufen lassen kann ... muß mal schauen, ob ich noch ein paar von diesen alten Teilen finde - bei den neueren geht das scheints nicht mehr so einfach ;)

Viktor
Aufruf zum Projekt "Müll-freie Meere" - https://reprap.org/forum/list.php?426 -- Facebook-Gruppe - https://www.facebook.com/groups/383822522290730
Call for the project "garbage-free seas" - https://reprap.org/forum/list.php?425

Benutzeravatar
ekkard
Beiträge: 1796
Registriert: Mi 21 Feb, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 1 Kopf
Wohnort: Overath,Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von ekkard » Mo 08 Jan, 2018 9:45 pm

Ich nehm's zur Kenntnis, obwohl mir dein Problem nicht klar geworden ist.
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

Benutzeravatar
VDX
Beiträge: 3482
Registriert: Mi 17 Mär, 2010 11:16 am
Do you already have Laser-Equipment?: ... diverse Laser für die Materialbearbeitung

weitere Hobbies: - CNC-Fräsen, 3D-Scannen, 3D-Drucken, Laserbearbeitung, Mikrotechnik ...
Wohnort: Nähe Hanau, Main-Kinzig-Kreis

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von VDX » Mo 08 Jan, 2018 11:58 pm

Hi Ekkard,

mein Frage ging darum, ob/wie ich möglichst einfach, ohne die Möglichkeit eine Wellenlänge zu messen, rausbekommen kann, ob vorne 975nm rauskommen oder 1070nm ... hab' inzwischen durch eine ausführlichere Beschreibung des Aufbaus rausbekommen, daß die 975nm kompett geblockt/reflekiert werden, so daß es eigentlich nur die 1070nm sein können ... und das Strahlprofil und sehr gute Fokussierbarkeit paßt auch dazu ;)

Viktor
Aufruf zum Projekt "Müll-freie Meere" - https://reprap.org/forum/list.php?426 -- Facebook-Gruppe - https://www.facebook.com/groups/383822522290730
Call for the project "garbage-free seas" - https://reprap.org/forum/list.php?425

Benutzeravatar
ekkard
Beiträge: 1796
Registriert: Mi 21 Feb, 2001 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: 1 Kopf
Wohnort: Overath,Germany
Kontaktdaten:

Re: Strahldurchmesser + Divergenz + Moden = ???

Beitrag von ekkard » Di 09 Jan, 2018 11:23 am

Ok!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

Antworten

Zurück zu „Laserphysik“

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 9 Gäste