Pr:Ylf Laser

[NiklasH]

Ich denke, du hast recht mit deinen Einschätzungen.

Ich habe mal mit Solidworks folgende Simulation gemacht: Der Kristall wird an den Flächen mit 0.6W aufgeheizt (Ich habe da Angaben von 35% bis 60% Absorbtion bei 444nm gefunden, also habe ich bei 1W den größeren Wert genommen). Der Kristall ist 100% thermisch leitend mit dem Alu verbunden. Dazu kommt natürlich die Konvektion der Luft. Der Konvektionskoeffizient ruhender Luft ist 2-10 W/(m²K), ich habe 10 genommen.
https://www.schweizer-fn.de/stoff/wuebe ... g_gase.php
Da wird der Kristall etwa 43°C warm (Bild 1). Schon etwas mehr als handwarm, wobei das natürlich nur an den dem Halter abgewandten Ecken ist. Ist glaub ich noch nicht dramatisch, aber wenn der Konkakt zum Halter nicht perfekt ist, kann das schon etwas mehr werden.

Mit bewegter Luft (Konvektion 12-120, hier 60), werden nur 31°C erreicht, also ein wenig mehr als Raumtemperatur. Das ist okay.

Also: Auch in der Hinsicht auf Langzeiteinsatz baue ich noch einen kleinen Kühlventilator ein. Ein kleines Pelztier wäre auch gut, aber die kleinen kosten immer so viel.. Mindestens 25€ plus Kühlkörper und Ventilator... Und die normalen, günstigen Dinger (40x40) sind zu groß für den Halter.

Die Temperatursensoren sind aber ne gute Idee! Das mach ich auf jeden Fall.

LG Niklas

[Hatschi]

Halli Hallo

Pass nur auf das du dir keinen Staub auf die Pumpseite vom Kristall pustest.
Bei 1W Pumpleistung ist da schnell die Oberfläche angebrutzelt und kaputt!

Hatschi

[NiklasH]

Ah das ist ein sehr guter Punkt.. Ich will den schon im recht staubigen Keller lagern und auch betreiben. Dann ist es vielleicht besser, die Ventilatoren ganz wegzulassen und die Peltiers mit einem internen Wasserkreislauf zu kühlen, der die Hitze an die Bodenplatte abgibt. So kann das Gehäuse komplett luftdicht verschlossen werden. Der Farbfilter ist das Ausgangsfenster.

[medusa]

Schick, daß Dein Kristall da ist. Welche Dimension hat denn der kleine Freund?

[NiklasH]

Hi medusa,

der Kristall ist 2x2x6mm groß. In der Tat recht klein, aber das reicht ja erstmal. Ich habe den für 150€ bekommen, also beschwere ich mich definitiv nicht

LG Niklas

[medusa]

Der ist schön günstig. ich hatte bei denen nur die 3x3x5er gesehen, die kosten deutlich mehr.

Was den staubigen Keller angeht, Laser sind generell eine Spielwiese für mich, da wird immer irgendwo dran rum getuned und gepusselt. Ich hab auch ein weniger staubiges Bastelzimmer dafür.
Trotzdem wird das zusammengesetzt, wenn ich was damit machen will, und danach wandern die Einzelteile wieder in staubsichere Tüten und Boxen. Aufbauen und Einstellen gehört doch auch zum Spaß.
Kollimator und Filter gibt's auch keinen. Hinter dem OC sind die Photonen frei, bestenfalls lasse ich den Strahl durch mein Amici-Prisma laufen, um die Einzelkomponenten zu sehen.

Mir geht es halt um den Laser selbst. Mit dem Strahl was zu machen ist nicht so meins. Aber das schrieb ich ja schon...

[NiklasH]

Hallo zusammen,

nach langer Zeit mal ein kleines Update von mir:
Die Spiegel und der Kristall sind da und ich habe den Aufbau weitestgehend fertig. Unten ein paar Bilder. Wie ihr seht, hat sich der Plan noch etwas verändert, das Ganze soll nun ein abgeschlossenes Modul mit Steuerung und digitalem Display sein, bzw ist es schon. Der Deckel ist auch fertig, aber dafür müsste erstmal die Laseraktion kommen..

Dazu: Die Fluoreszenz funktioniert wunderbar, man sieht sehr deutlich den Pumpstrahl und auch den rückreflektierten Strahl/Modenvolumen, ganz genauso wie im DPSS-Rubinlaser. Nur fluoresziert der eher weißlich/cyan. Einer der schönsten Leuchteffekte, den ich je gesehen habe Anders als der Rubin reagiert die Fluoreszenz sehr deutlich auf Änderungen: Wenn man den Pumpfokus einstellt, gibt es manchmal klare Sprünge in der Fluoreszenz-Intensität (bei gleicher Laserleistung). Dann stell ich das Ganze natürlich nach maximaler Intensität ein und gehe dann zum OC: Da ist die Justierung genau das Gleiche wie beim Rubinlaser auch, nur das auch hier wieder die Fluoreszenz SEHR deutlich reagiert, wenn die beiden Fluoreszenzspuren übereinander liegen. Das war beim Rubin so nicht. Darüber hinaus "pulsiert" die Fluoreszenz leicht, wenn man gaanz langsam innerhalb des "Übereinstimmungsbereiches" den OC bewegt. Könnten das Moden sein, die mal getroffen werden, mal nicht? Oder was ganz anderes? Keine Ahnung..
Ich habe jetzt mal ein wenig herumexperimentiert, den Diodenstrom von 150mA-400mA justiert und auch die Resonatorlänge ein wenig verändert. Noch kein Erfolg. Ich hoffe es sind nicht die Spiegel, das wär ätzend

Übrigens: Die Idee mit den Traversen funktioniert hervorragend! Mit einem Hauch von Feinmechaniköl lassen sich die Komponenten super glatt bewegen und mithilfe der Klemmschrauben festsetzen. Ich glaube, das werde ich so häufiger machen

Ich werde demnächst mal versuchen, ein paar Videos zu den o.g. Phänomenen zu machen. Aber erstmal kommt die Arbeitswoche Über Tipps und/oder Anmerkungen freue ich mich natürlich, wie immer!

LG
Niklas

[Death]

Cool

[NiklasH]

Guten Abend zusammen,

wie versprochen liefere ich euch hier die Aufnahmen der beschriebenen Phänomene:

Hier hab ich mal bei gleicher Fokussierung den Pumplaser ein wenig im Kristall bewegt. Der Unterschied ist eindeutig (wichtig: die Polarisation ändert sich nicht!).

https://youtu.be/S1rDb-PBZk4

Im nächsten Video justiere ich den OC ganz langsam hin und her. Man sieht das pulsierende Phänomen, das ich meinte. Ob das aber Lasermoden/-phänomene oder Beugungseffekte sind, weiß ich nicht.

https://youtu.be/sUBX6EUKgZo

Im letzten Video sieht man dann, wie ich den OC (zumindest die Drehung) justiere. Nach der Grobeinstellung anhand der Streifen im Kristall gucke ich mir die Flecken an und lege die übereinander. Aber das hat noch nicht funktioniert, was mich ein wenig besorgt..

https://youtu.be/3UZaZBX1frQ

Möglich wäre, dass die Fokuslinse die Diode nicht korrekt fokussiert, bzw. die Fokuslänge zu lang ist und der Spot daher zu länglich ist. Man sieht ja schon dass die Flecken sehr länglich sind. Durch einen kleineren Fokusabstand konnte ich das reduzieren, aber mechanisch kann ich nicht die Fokuslängen erreichen, die ich gern hätte. Da muss ich noch was umdesignen. Die Leistung ist glaub ich auch nicht das Problem. Ich bin schon bis 600mA hochgegangen, das müsste eigentlich dicke reichen, von dem, was ich so gelesen habe.

Habt ihr Ideen, Kommentare und/oder Anmerkungen?

Liebe Grüße,
Niklas

[EBEOS2009]

Hallo Niklas,
toller Aufbau. Ist der OC für grün oder rot? Sollte es für rot sein, so ist die Auskopplung viel zu hoch.
Die Pumpdiode wird mit 450 mA betrieben? Das ist für den Anfang sehr wenig.
Es muss eine Änderung der Absorption de Pumplichtes beim Drehen des Kristalls sichtbar sein. Ansonsten ist die Pumpwellenlänge nicht optimal. Versuche es einmal mit weniger Leistung, denn mit der Leistung verändert sich die Wellenlänge deutlich.
Wenn möglich, den Pumplaser periodisch ein- und ausschalten (ca. 40-60Hz), duty cycle 50%, das reduziert die Wärmebelastung für den Kristall.
Für die grüne Linie sollte der Resonatorabstand ziemlich genau R (OC) sein. Mit 450 mA wirst Du die nicht anbekommen.

[EBEOS2009]

Ich vermisse die Fokussierungslinse mit f=50 mm. Falls Du die Diode direkt in den Kristall fokussierst ist es nicht so günstig.

[NiklasH]

Hallo Walter,

Danke für die Antwort! Der OC ist für die grüne Linie (3%T @ 523nm). Laut der Dissertation von Herrn Strotkamp (RWTH Aachen) geht das noch, ist aber ungünstig. Ich ärgere mich sehr, dass ich damals nicht 1-2% bestellt habe. Die Pumpdiode habe ich bis jetzt noch nicht über ~500mA betrieben, weil die Wasserkühlung noch nicht funktioniert (der Kühlkörper ist undicht). Die kann bis 1.5A (2W optische Leistung). Das mit dem 50% Dutycycle ist clever, das baue ich in die Steuerung ein!
Bezüglich der Linse: Ich habe gestern Abend noch die Dissertation von Herrn Strotkamp und deine Anleitung zu dem LE-1000-System durchgelesen und das auch festgestellt. Bis jetzt ist ein Kollimier/Fokusmodul von einem Lasergravierer drin. Sehr "günstiges" Teil. Hab auch schon die gleiche Asphäre wie in der Anleitung und eine sehr ähnliche bikonkave Linse (f=50) bei Thorlabs gefunden, wollte aber noch eine Antwort abwarten, weil ich manchmal zu schnell am Abzug bin Ich habe auch über das Produktdatenblatt festgestellt, dass mein Filter die 523nm nur zu 10-20% durchlässt.
Ich bestell später die Linsen und einen korrekten Filter und schaue mal, wie es dann klappt.
Dann kann ich während der Wartezeit mal den Kühlkörper der Diode umbauen, der ist nicht so toll.

Liebe Grüße,
Niklas

[EBEOS2009]

3% Auskopplung ist zu viel für Deinen Aufbau. Die Verstärkung der grünen Linie ist wesentlich kleiner als für die rote. Es ist auch noch nicht gesichert, ob die Wellenlänge Deiner Pumpdiode optimal ist. Was ist der Krümmungsradius des OC?

[NiklasH]

Ah, Mist, das hatte ich befürchtet.. Der Radius vom OC ist 50mm.

LG
Niklas

[EBEOS2009]

Du kannst aber den gekrümmten Spiegel vom Ruby nehmen, damit sollte zumindest die rote Linie bei 648 nm anschwingen.

[NiklasH]

Das werde ich auf jeden Fall dieses Wochende noch ausprobieren! Dann werde ich berichten
Ich habe auch das Pumpmodul komplett überarbeitet. Die neue Lösung ist deutlich kompakter und hat die angesprochene Asphäre + f50 Linse. Außerdem sind die Kühlkanäle und der Temperatursensor näher an der Diode. Das Modul kann auch deutlich besser gedreht werden. Bis jetzt habe ich aber noch keinen Unterschied in der Fluoreszenz bei unterschiedlichen Drehungen sehen können.. Aber das Pumpvolumen ist deutlich runder und kann auf eine kleinere Fläche fokussiert werden, das ist schonmal schön

Unten ein real- und CAD-Bild. Die Flächen sind für den Temperatursensor, je nachdem wie hinterher die korrekte Drehung ist.

LG
Niklas

[Death]

Cool

[NiklasH]

Guten Abend zusammen,

ich verkünde stolz: Ich habe einen Pr:Ylf-Laser gebaut!
Mit dem Tipp von Walter bzgl. der Spiegel habe ich es jetzt geschafft, die rote(n) Linie(n) des Kristall zum Lasern zu bringen. Ich habe auch das Pumpmodul einmal um 90° gedreht, ich weiß nicht, ob das einen Unterschied macht, müsste ich mal testen. Anbei wie immer Fotos.
Außerdem habe ich die restlichen Funktionen des Moduls fertiggestellt: In der Anzeige können der Diodenstrom und die geschätzte Pumpleistung (berechnet aus einer typischen Kurve der NDB7875-Diode) abgelesen werden. Außerdem werden die Temperaturen des Kristalls und der Diode angezeigt.
Aus Sicherheitsgründen wird der Lasertreiber per zweitem Schalter extern gestartet, der Laser geht also nicht sofort an. Bei zu hohem Diodenstrom (>1.6A) schaltet das Modul selber ab. Der mittlere Hebel aktiviert die Temperaturregelung: Zwei kleine Wasserpumpen zirkulieren Wasser, das mit Peltiermodulen gekühlt wird , die aktivieren, sobald eine Grenztemperatur überschritten wird (separate Kreisläufe).
Es ist auch möglich, den Treiber mit 50Hz zu modulieren. Dann funktioniert aber der Stromsensor nicht mehr richtig und der Treiber macht komische Geräusche.. Ich denke ich lasse die Funktion bei der Hardware erstmal deaktiviert.
Eine interessante Sache: Beim Rubinlaser war es viel kritischer, das Modenvolumen kleiner als das Pumpvolumen zu halten, als die Resonatorlänge unter 50mm zu halten. Hier ist es andersrum. Ich bin mir recht sicher, dass das Modenvolumen größer ist als das Pumpvolumen, sieht man ja im Kristall. Aber die Resonatorlänge ist definitiv <=50mm.
Zuletzt noch was sehr, sehr cooles: TEM-Moden! In den Fotos sieht man ein paar wunderschöne Beispiele, aber ich habe noch zwei Videos für euch gemacht:

Hier sieht man ganz kontrolliert die Justierung zur TEM00-Mode hin:
https://youtu.be/qy4p-oSjm7E

Hier habe ich mal den OC per Hand leicht verrutscht, dementsprechend ist das etwas unkontrollierter, aber man sieht auch höhere Moden.
https://youtu.be/eJOsh9kmnKo

Der Strahl wird durch eine einfache bikonvexe Linse kollimiert. In der Grundmode hat der Strahl am Modulaustritt D1=1.5mm, 6.1m entfernt sind es D2=12.3mm. Die Divergenz wäre dementsprechend (D2-D1)/6.1m = 1.7mm/m = 1.7mrad. Das ist viel besser als erwartet.

Vielen Dank für die enorme Hilfe in diesem Forum! Das ist ein wertvoller Wissensschatz, zu dem ich hoffentlich hiermit beitragen kann. Ich versuche dann demnächst die grünen Spiegel, bzw. schaue mich nach Alternativen um, falls die partout nicht lasern wollen.

Liebe Grüße,

Niklas

[VDX]

Top!

Viktor

[Hatschi]

Halli Hallo

Sehr schön, Glückwunsch! Sauberer Aufbau!

Hatschi

[lightwave]

Das ist so cool! Macht richtig Freude Dir "zuzusehen"!

[tschosef]

Halli hallo...


Respect ... einfach nur Respect.... das is wirklich beeindruckend. Danke für's Teilen

viele Grüße
Erich

[EBEOS2009]

Glückwunsch auch von mir. Das ist eine beachtliche Leistung! Jetzt justiere den OC so, dass man gerade an der Stabilitätsgrenze ist. Justiere alles nach, sodass die Schwelle möglichst niedrig ist. Setze nun den grünen OC ein (keine Resonator Verlängerung oder Verkürzung). Alles dunkel ausmachen, wenn man nun den grünen OC kräftig verdreht, bis der reflektierte grüne Spot sich auf dem Spiegelrand zeigt, justiert man z.B. die vertikale Richtung so, dass der grüne Spot in Höhe des Pumpstrahles auf dem Spiegel ist. Nun verstellt man die seitliche Richtung so, dass der grüne Spot sich auf das Zentrum zu bewegt. Wenn man Glück hat, blitzt der grüne Strahl auf.
Etwas Besonderes ist jetzt schon schön zu sehen. Neben den üblichen Staubpartikeln sieht man im Resonator eine kräftige Spur. Die Intensität im Resonator ist so groß, dass man die Rayleighstreuung an den Luftmolekülen sehen kann. Diese ist polarisiert. Auf diese Weise haben die Vikinger mit einem Polarisator (Iceland spar, Calcit) und der Sonnenstrahlung navigieren können.
Nun viel Erfolg mit der grünen Linie, nicht aufgeben. Wenn es nach zwei Wochen noch nicht läuft, schicke ich Dir einen grünen Spiegel mit nahezu null Auskopplung.

[NiklasH]

Danke für die Glückwünsche!

Ich werde nun versuchen, die grüne Linie zum Lasern zu bringen. Danke auch für die Tipps und das Angebot bzgl. des Spiegels!! Da der grüne und rote OC unterschiedliche Abmaße haben, wird das Vorgehen so allerdings schwierig, ich werde es aber definitiv versuchen. Ich werde da auch die Sachen, die bei der roten Linie gelernt habe, anwenden. Vielleicht schaffe ich es auch so

Bzgl der Wikinger: Das ist total faszinierend! Ich wusste garnicht, dass man doppelbrechende Materialien so benutzen kann. Für die muss das damals wie Magie gewesen sein

LG
Niklas

[medusa]

Hi Niklas,

Gratulation zum Erfolg!
Vielleicht sollte ich einen Teil des Weihnachtsgeldes nun doch endlich mal in einen Pr:YLF Kristall investieren.
In jedem Fall, wenn ich die Diskussion oben verfolge, habe ich mit meiner Idee, HeNe Spiegel zu verwenden, doch gar nicht so weit danebengelegen. Zumindest, was die Auskoppelraten angeht.

Die grüne Linie an's Arbeiten zu kriegen wird vielleicht mit einem Breitband-HR besser klappen. Dann brauchst Du nicht wechseln.

Gruß und schöne Julzeit,

~Diane.

[NiklasH]

Guten Abend alle miteinander,

Dank eines Tipps von Walter (den er, wie ich jetzt grade sehe, schon letztes Jahr hier hereingeschrieben hat..) und seinem Spiegel für die grüne Linie habe ich endlich, nach Monaten, grünes Laserlicht aus dem Kristall geholt und damit (fast) das originale Ziel dieses Projektes erreicht! Der optische Resonator hierfür sieht wie folgt aus:

Laserdiode mit Linsen (f=50mm) --> Planspiegel --> Pr:Ylf --> Konkavspiegel

Planspiegel: HR(R>99%)@523nm+HT@445nm
Konkavspiegel (von Walter): R=-100mm HR(R>99,9%)@523nm+HT(R<20-30%)@445nm
Platz zwischen Planspiegel und Pr:Ylf: ca. 3mm
Resonatorlänge: ca. 95mm, müsste ich nochmal nachmessen.
Pumpschwelle hab ich noch nicht nachgemessen, aber bei 600mW hats auf jeden Fall geklappt.

Die Justierung ist nochmal deutlich empfindlicher als die der roten Linie. Die Intensität im Resonator ist, wie Walter schon vorhergesagt hat, enorm. Man sieht den Strahl durch die Rayleigh-Streuung sehr deutlich, ohne eine Art von Nebel oder so. Die Staubpartikel glitzern sehr schön im Strahl! Anbei auch mal ein Video dazu:

https://youtu.be/lAMFRs27fkk

Ich bin wirklich froh, dass es endlich geklappt hat! Jetzt kommt die nächste Aufgabe: Den auskoppeln. Da der Planspiegel mehr Transmission für 523nm hat, könnte ich versuchen, den als Auskoppler zu nehmen, indem ich einen dichroitischen Spiegel mit 45° Winkel zwischen Pumpdiode und Planspiegel setze. Der würde das Grün rausreflektieren, aber den Pumpstrahl durchlassen. Mal sehen.

Liebe Grüße und eine gute Nacht,

Niklas

[VDX]

... Top!

Viktor

[lightwave]

Respekt!

[Death]

Echt toll

[NiklasH]

Vielen Dank euch

Inzwischen habe ich auch die orangene 604nm-Linie (mit einem anderen Spiegel) zum Laufen gekriegt! Der Prozess und Aufbau sind exakt gleich, nur die Justierung erfolgt anhand von Fluoreszenzflecken hinter dem Auskoppler. Da die 604nm-Linie eine deutlich höhere Verstärkung im Praseodym hat, kommt schon eine Menge Licht da raus. Und auch die Justierung ist nicht so extremst empfindlich wie bei der grünen Linie.

Anbei natürlich wieder ein paar Bilder.
Zuletzt etwas, das man eher nicht so häufig sieht: Ein direkter Farbvergleich des Pr:Ylfs (604nm-Konfiguration), des HeNes von Michael (633nm) und des Rubinlasers (694nm). Der Rubinlaser ist so fürchterlich unrund (hohe TEM-Mode), weil ich zum direkten Vergleich mit ähnlichen Intensitäten die Pumpdiode volle Pulle aufgedreht hab. Dagegen kratzt der Pr:Ylf grade so an der Laserschwelle

Liebe Grüße,

Niklas

[Death]

... fürchterlich unrund ...

[Hatschi]

Halli Hallo

Endlich mal wieder ein rundes Strahlprofil und Farbvielfalt!

Hatschi

[VDX]

Hi Hatschi,

wenn du so auf "rund" abzielst, hier mal ein Beispiel für die "Verrundung" des Strahlprofils von Laserdioden durch Fasereinkopplung

405nm-Laserdiode ohne Optik, "Fernfeld":

405nm-LD-20cm.jpg

Dann die Einkopplung in eine Polymer-Faser (einfach vorne dranmontiert, ohne Fokussierung) mit "Fernfeld"-Profil:

445nm-homogen-Faser.jpg

445nm-hmogen2.jpg

Und hier mit einer Lupe "kollimiert" in 3m Abstand:

445nm-homogen-Fokus-klein.jpg

Viktor

[NiklasH]

Guten Abend,

ich habe mit einem Dichro den grünen Strahl auskoppeln können. Dabei steigt zwar die Pumpschwelle ein wenig (vielleicht aufgrund von Absorption/Dispersion im Dichro), aber es kommt auch eine Menge grün raus. Beim fotografieren musste ich die Belichtung voll runterdrehen..

Der Resonator ist jetzt recht ungewöhnlich: Der konkave Spiegel ist der HR-Spiegel und der Planspiegel koppelt sowohl die Pumpstrahlung ein, als auch den Laserstrahl aus. Sonst ist der konkave Spiegel normalerweise der Auskoppler.

Der Strahl ist nicht so schön sauber, weil der Aufbau recht schnell zusammen geflickt ist - Der Dichro und der Filter sind nicht perfekt sauber und der Filter schneidet ein wenig Licht ab. Der Kernstrahl selber ist aber rund, auch wenn es umgebende unrunde Bereiche gibt.

Somit ist das jetzt die dritte Wellenlänge, die ich aus dem kleinen Kristall rauskriegen konnte Schon ein tolles Material.

Ich schreib auch nochmal, wenn ich das sauber verbastelt hab

LG

Niklas

[Death]

Cool