Farbstofflaser einfach & billig

[medusa]

Farbstofflaser haben eine lange Geschichte bei mir. 1985 habe ich damit zum erstenmal wirklich versucht, einen Laser selbstzubauen, als Blitzlampen-gepumptes Rhodamin 6G. Hat nicht funktioniert. Die Vorratsflasche mit dem Rhodaminpulver habe ich seit jener Zeit, und das hat auf einer Menge Gegenstände in meinem Leben rosa Flecken hinterlassen. Vorsicht mit Farbstofflösungen. Die meisten der Laserfarbstoffe stammen aus der Mikroskopie, weil sie auf organischem Gewebe so gut haften. Ja, auch auf Haut. Rhodamin verblaßt erst nach Tagen. Ob es je aus Kleidung, Tischdecken oder Teppichen herausgeht, weiß ich ehrlich gesagt nicht.

Erst 1991 gelang mir der erste wirkliche Laser, natürlich wie bei sehr vielen Amateuren mit Stickstoff. Nun ist ja eine der Anwendungen eines N2-Lasers das Pumpen von Farbstofflasern, also habe ich flugs mit meinem alten Rhodamin eine Lösung gemacht und bestrahlt. Laserte wieder nicht, weil ich keine Quarzlinse dafür hatte, die konnte ich mir damals wirklich nicht leisten.
Erstaunlicherweise habe ich schon damals das "Wasserprisma" gemacht, um nach den verschiedenen UV-Linien des N2-Lasers zu suchen, bin aber nicht auf die Idee einer "Wasserlinse" gekommen. Der Groschen ist erst dieses Jahr gefallen.

Also habe ich einen Rundkolben für das Labor aus Borglas (Duran, Borofloat, Jenaer Glas) besorgt und mit Wasser gefüllt. Und was für einen schönen Brennpunkt der machte!
Als Küvette habe ich mir einfach welche für UV-Photometrie aus China besorgt. Diese Küvetten haben leider nur zwei klare Seiten, sind aber sehr preisgünstig zu haben. Deshalb habe ich zuerst mit dem longitudinalen Pumpen begonnen.

waterlens_focus.png

Das Bild zeigt meinen Experimentalaufbau. Der 250ml Rundkolben mit Wasser dient als Kugellinse und macht einen etwa 1mm großen Brennpunkt in der Küvette. Hinter der Küvette steht ein Papierschirm, um die Pumpstrahlung aufzufangen und zu prüfen, ob auch genug davon in der Lösung absorbiert wird.
Zwei Mißgeschicke sind mir bei diesen Experimenten passiert, die sich im Nachhinein als sehr glücklich erwiesen haben.
(1) der N2-Laser ist so lang, daß Kolben und Küvette nicht mehr auf den Basteltisch passen. Deswegen hab ich mir aus einem Fotostativ ein kleines (verstellbares) Tischchen für den Farbstofflaser gebastelt.
(2) Ich hab das N2 bei viel zu niedrigem Druck lasern lassen. Dadurch war die Pumpstrahlung am Anfang ziemlich schlapp.

Beide Dinge zusammen haben folgendes ergeben: longitudinal bekommt man Farbstoffe am ehesten zum Lasern. Dabei wirken die klaren Seiten der Küvette als Resonator. Das verstellbare Tischchen aus dem Fotostativ ist dabei sehr praktisch, um die richtige Position der Küvette zum Pumpstrahl zu finden.
Von den billligen Photometer-Küvetten sind auch nicht alle gleich gut geeignet, weil vermutlich die Parallelität der Glasflächen nicht immer gleich gut ist. Von den vier Küvetten, die ich habe, lasern zwei gut, eine schwierig und eine gar nicht.

Drei Farbstoffe habe ich mit der relativ schwachen UV-Strahlung zum Lasern bekommen: Rhodamin 6G, Rhodamin B und Fluorescein. Alle drei sind online zum Färben von Mikroskop-Präparaten einfach zu bekommen. Sehr rein müssen sie nicht sein. Als Lösungsmittel habe ich Isopropanol (Rhodamine) und Leitungswasser (Fluorescein) verwendet. In Wasser lasert Rhodamin nicht.

Rhodamine6G_dye_lasing.png

RhodamineB_dye_lasing.png

Fluorescein_dye_lasing.png

Bilder der drei Farbstoffe beim Lasern in relativ schwachem Pumpstrahl. Wichtig ist die Konzentration, die beim longitudinalen Pumpen viel geringer ist als die in der Literatur angegebenen Werte. Die Rhodamine haben in Isopropanol bei ca. 0,25 g/l gelasert, Fluorescein bei 0,5 g/l. Rh 6G ging mit Abstand am leichtesten, am schwierigsten war Fluorescein.
Ich habe mir Pipettenfläschchen besorgt, wie e-Shisha-Dampfer sie für ihre Aromen verwenden, und damit etwas höher konzentrierte Lösungen tropfenweise in die Küvette mit Lösungsmittel gegeben, um die richtige Konzentration zum Lasern zu finden.

Nachdem ich den N2-Laser auf "full Power" hochgedreht hatte, klappte es auch mit transversalem Pumpen. Ich habe dafür auf eine Küvette auf die matten Seiten schmale Streifen eines Objektträgers vom Mikroskop mit klarem Epoxy aufgeklebt. Die Klebung ist nicht völlig klar geworden, aber genug, um das Laserlicht rauszulassen.
Als Zylinderlinse diente auch wieder eine Wasserflasche, diesmal aus PET. Das ist der einzige der gängigen Kunststoffe, der UV-Licht durchläßt. Die Rhodamin-6G-lösung war dabei mit 1 g/l etwa so wie in der Literatur angegeben.

Rhodamine6G_dye_transverse.png

Rhodamine6G_dye_superradiance.png

Das untere Bild zeigt noch einmal Rhodamin 6G im longitudinalen Betrieb bei voller UV-Pumpleistung, diesmal mit einem erheblichen Anteil Superstrahlung. Damit das gut zu sehen ist, habe ich die restliche Pumpstrahlung mit einem Stück Plexiglas ausgefiltert, das ist ein sehr guter Absorber für UV.
Wie üblich bei gelben Laserspots sieht die Kamera den leider schon in grün. Visuell ist die Strahlung etwa so zitronengelb wie die gelbe Krypton-Linie.

So einfach kann's sein, ohne teure Quarzlinsen. Vielleicht ein lohnendes Fun-Projekt für alle, die einen N2-Laser besitzen oder gebaut haben.

Man kann damit auch so ziemlich alles ausprobieren, was in Lösung fluoresziert. Jon Singer hat eine schöne Webseite, auf der er u.a. verschiedene Tinten (!) zum Lasern bringt.


Literatur:
http://www.jonsinger.org/jossresearch/tjiirrs/010.html
http://www.chem.ucla.edu/~craigim/pdfma ... r-dyes.pdf

[VDX]

... schöne Darstellung!

Ich seh' schon - irgendwann mußich mir doch noch eine Flasche Stickstoff und einen passenden Druckminderer besorgen und den 400kw@200ps-TAE-Laser aktivieren

Viktor

[medusa]

Kurz offtopic:

Wenn Du Dich nicht mit einer Leihflasche belasten willst, die Kältetechniker benutzen die kleineren Einwegflaschen zu 1 Liter @100bar N2. Ich hab so eine auch, denn ich brauche sprichwörtlich Jahrzehnte, so eine Menge Gas zu verbrauchen.
Druckminderer paßt der für die kleinen Schutzgasschweißgeräte aus'm Baumarkt, die verkaufen nämlich Argon und CO2 in genau der gleichen Einwegflasche mit M10 Rechtsgewinde.

[fesix]

Sehr hübsch, ich hatte mich vor vielen jahren auch mal an N2 Lasern versucht, aber mit meinem damals extrem dilettantischen Aufbau hat das wie ich heute weiß natürlich nie richtig funktioniert, sowohl TEA als auch longitudinal.
Ich hab hier sogar noch von damals Rhodamin B und Fluorescein, was ich bis heute aber nie angerührt habe weil ich die Aufbauten ja nie zum Lasern bekommen habe.

[VDX]

... Rhodamon habe ich noch keins da - Fluorescein habe ich aber seinerzeit aus unseres Schul-Sammlung beim Aufräumen eine Laborflasche mit etwa 50-100 Gramm Pulver bekommen ... das dürfte für einige Zeit (vermutlich ein paar Jahrtausende) reichen

Viktor

[medusa]

Mit Fluorescein ist natürlich erstmal einfach zu arbeiten, das kannst Du in Leituhgswasser lösen. Ist auch nicht giftig, darf deshalb über den Abfluß entsorgt werden.

Ich hab mittlerweile den Pumplaser um weitere Kondensatoren aufgerüstet, die speichern jetzt 8.5J bei 20kV. Damit bekomme ich auch bei Rhodamin B Zeichen von Superstrahlung.

RhodamineB_superradiance.png

Was noch nicht funktioniert, sind die "blauen" Farbstoffe. Ich hab ein paar Gramm Coumarin 47 aufgetrieben, und auch Stilben 3. Beide lasern allerdings bisher nicht (weder quer noch längs), ich weiß noch nicht woran es liegt. Vielleicht braucht man dafür dann doch eine richtige Linse.