Selbstbau Reflektorkammer

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Laserbastler
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Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von Laserbastler » Sa 08 Feb, 2014 8:24 pm

Hi Freaks,

nach mehreren selbstgebauten mini Brennstäben bis 3W und kleinen Yag-Lasers.
Habe ich so das Gefühl das es in punkto Brennkapazität doch noch etwas geht. x)
Drum hab ich mir mal überlegt eine Reflektorkammer für einen Nd YAG Laser zubauen.
Nur gibt es für mich Fragen über Fragen.
Der Laser sollte mit mindestens 4 Xenon Lampen (100W oder mehr) gepumpt werden.
Welches Material wäre am besten dafür geeignet? (oft bestehen die Reflektoren ja aus Keramik und Gold)
Wieviel hält so ein YAG Stab mit Flowtube aus? Das UV-Licht der Lampen macht mir doch ein bisschen Sorgen. xD

mfG

undineSpektrum
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von undineSpektrum » Sa 08 Feb, 2014 9:27 pm

Hallo,

Du bist hier neu angemeldet...?
Na dann erstmal Herzlich Willkommen hier! :)
wow, Selbstbau eines Festkörperlasers... :D

Kenne das ganze aus der Erfahrung mit einem Dauerstrich - Rubinlaser ( Wellenlänge ca. 694 nm ), angeblich ist das mit den heute Verfügbaren Spiegeln nicht realisierbar ... angeblich...!

Der Unterschied zum Nd-YAG ist aber, dass Dein Laser ein Vierniveausytem hat, also leichter als der Rubin zu Pumpen ist... die Blitzlampen stellen dabei in der Tat ein Problem dar, denn der UV-Anteil von Xenon-Hochdrucklampen enthält einen nicht unerheblichen UV und IR-Anteil...

Ich denke Du meinst mit dem Bau einer Reflektorkammer die Pumpkammer für den Nd-YAG Stab die Reflektorkammer soll dabei das Licht in den Stab bündeln / fokussieren.... bei diesem Laser lassen sich außer Blitzlampen auch normale Halogenstrahler als optische Pumpen verwenden... die mit der langen Sofittenform z.B. aus einem Baustrahler... ... das geht!
Bei 4 Blitzlampen bekommt diese Pumpkammer aber dann eine recht komplizierte Form - kam früher öfter vor... ob so etwas heute noch herstellbar ist weiß ich nicht... was soll denn 100 Watt haben ... die Pumplichtquelle oder die Ausgangsleistung des geplanten Lasers?

Die Pumpkammer für einen Nd-YAG Laser passabler Ausgangsleistungen kann sogar aus einem innen verspiegelten Metallrohr bzw. dem Innenraum einer Metalldose bestehen, die Ellipsenform ist dabei für die Überschreitung der Laserschwelle nicht erforderlich. ( Gilt schon beim Rubinlaser ! )
Buntmetalle (Gold) brauchts da zur Beschichtung wirklich nicht...
Pumplichtquelle und Laserstab müssen dabei etwa mit einen Viertel des Durchmessers dieser Pumpkammer abstand zur reflektierenden Fläche genau gegenüberstehend am besten in einem Plexiglas oder Metallsteg fest montiert werden... die Montage sollte den Stab möglichst wenig bedecken, da sonst ein Bereich auftritt der Licht absorbiert und der Verstärkung durch die Inversion in übrigen Bereich des Stabes entgegenwirkt -
Die Laserschwelle liegt dann effektiv höher, was beim Rubinlaser zum scheitern des Projektes führen kann ( deswegen ein Plexiglassteg o.ä. )...
Ich denke aber so etwas hast Du evtl. schon konstruiert...? :freak:

Solche Pumpkammern und Ihr Bau mit einfachen Mitteln wird in verschiedenen Büchern, z.B. in dem vergriffenen Buch von Robert Nemec "Rubinlaser im Selbstbau" sowie in dem aktuelleren Werk von Thomas Rapp "Experimente mit selbstgebauten Lasern" beschrieben. :wink:
( @ Forenaufsicht : Das ist keine unerlaubte Werbung ... ist nicht als solche gedacht (!))
Das letztgenannte Buch von Thomas Rapp geht ausführlich auf Rubin- und Nd-YAG Laser ein...

Ich selber würde im Fall eines Nd-YAG Lasers insbesondere für eine weitere Leistungssteigerung von einer Blitzlampe als Pumpquelle abraten, weil die UV-Anteile in dem Kristall Gitterfehler verursachen können, die einzelne Elektronen quasi "gefangen halten" können. Diese haben dann ein anderes Niveauschema - in Isolatoren wie dem Nd-YAG Kristall heißen diese Störstellen Farbzentren, die ebenfalls wieder Licht absorbieren und so die Laserschwelle effektiv erhöhen können.
Außerdem verändert sich die Eigenschaft des Kristalls wenn dieser sich in der Pumpstrahlung erwärmt - beim Rubin genügen schon Erwärmungen um ca. 10 - 15°C und der Stab lasert nicht mehr - :? Darauf solltest Du achten.

Als Alternative würde ich ein Array aus IR-Leuchtdioden mit maximaler Wellenlänge im Bereich 800 nm als Pumpquelle verwenden. Der Vorteil ist eine geringe Abwärme ( Kühlblech bzw. Kühlkalotte z.B. für Lüfter o.ä. ) und ein größerer Wirkungsgrad...

Komplizierter ist das mit dem Aufbau des Resonators... Wie sieht denn Dein Laserkristallstab aus? Sind die Enden irgendwie beschichtet und wenn ja weißt Du wie...?
Welche Aufwand kannst Du für die Herstellung der von Dir angedachten Pumpkammer betreiben?

Sonst noch Fragen? Helfe gern wenn ich kann...

Grüße,

Undine

Laserbastler
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von Laserbastler » Mi 12 Feb, 2014 9:04 am

Hallo Undine :D
Ich hatte mich ja gar nicht vorstellt und bin einfach so mit der Tür ins Haus gefallen.
Vielen Dank für den herzlichen Empfang und die wertvollen Ratschläge. :)

Rubinlaser sind schon sehr interessant, auch wenn da sicher einiges dahinter steckt einen zu konstruieren. :)

Mittlerweile habe ich drei kleine YAG-Laser, einer hat eine Pumpenergie von 50J.
Ein kompakter Laserkopf inklusive passiv Q-Switch.
Die original Lampe des Lasers fand die 50J gar mit so toll und die Lightshow war schon nach den vierten Puls vorbei.
Was mich schon ein bisschen überrascht hat da es schon vergleichbare Lampen für den Photoberreich gibt, die für diese Leistung ausgelegt sind.
Mit einer Ersatz 50J Xenon Lampe funktioniert er aber wieder.

Für das jetzige Projekt soll es schon ein bischen mehr sein. ;)
Ich habe noch Lampen da, aber leider keinen freien YAG Stab.
Er sollte schon einen größeren Durchmesser haben (6mm o. 8mm) und eine Länge von 14cm, 20cm oder besser noch 25cm, aufgrund des Diodenabstandes der Lampen, auch wenn ich mir vorstellen kann das es bei einer solchen Pumpenergie mit Leichtigkeit ausreicht um alle Regionen des Stabes zu pumpen und die Laserschwelle zu erreichen.
Die verringerte Strahlqualität bei großen Stäben ist natürlich eine Kehrseite.
Die Enden müssten schon verspiegelt sein um Verluste zu minimieren.
Für die Pumpkammer habe ich mir überlegt, wie du schon gesagt hast, ein verspiegeltes Rohr zu nehmen darin eine Blechplatte so zu biegen das sie sich um Lampen und Stab legt um so den Pumpraum zu verkleinern ( X förmig), mit 2 zwei verspiegelten Platten (o.a Plexiglass), mit Löcher, für Stab und Lampen würde ich sie dann verschließen.
Die Länge der Pumpkammer beträgt dann ca die Länge des Stabes und Platz für die Flowtube muss ich auch noch einrechnen.
Für die Leistung der Lampen könnte ich verschiedene Modelle verwenden von 100W, 300W, 750W oder 1000W jeh nach dem Stab.
Allerdings habe ich auf Youtube gesehen, wie jemand einen Rubinlaser gebaut hat indem er den Stab mit einer Kupfer- und Silberfolie um die Lampe gewickelt hat.
Das müsste doch mit den YAG-Stab inklusive Flowtube und Spiegel auch funktionen oder?
Die erste Aufgabe wird sein einen Nd:YAG Stab zu finden.
Vielleicht kennt ja jemand eine gute Quelle. ;)

mfG

undineSpektrum
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von undineSpektrum » Mi 12 Feb, 2014 9:52 pm

Hallo,

also Du suchst eine Quelle für Laserkristalle - ist schwierig heute geworden, aber für den YAG-Laser geht´s eigentlich noch... der Laser kommt ja erst so richtig in der Industrie in Anwendung - war vor 20 Jahren noch eine Seltenheit und wegen niedriger Leistungen für die Materialbearbeitung nur in Sonderfällen brauchbar...

Außer den günstigen Quellen ( manchmal gibt´s gebrauchte oder ausrangierte Laserkristalle bei ebay günstig zu kaufen ) habe ich folgende Adressen für Dich:

Versuchs doch mal beim
Forschungsinstitut für mineralische und metallische Werkstoffe GmbH
Wackenmühle 2
55743 Idar-Oberstein

und lass Dich mit Herr Lothar Ackermann verbinden oder schreib eine Mail - Da wird Dir eventuell sogar geholfen.
Herr Dr. Ackermann kennt sich gut mit Laserkristallen aus, in dem Betrieb befindet sich ein selbstgebauter Rubinlaser. :freak:

Eine andere Adresse in Deutschland ist:
Korth Kristalle GmbH
Am Jägersberg 3
D–24161 Altenholz (Kiel)

Tel.: +49 (0)431 – 36 90 50
Fax: +49 (0)431 – 36 90 52


Die stellen Kristalle für fast alles her - nur leider keine mehr für Rubinlaser... zu selten nachgefragt. Den Betrieb kenne ich persönlich sehr gut, wenngleich ich bei denen eher Kristalle für Spektroskopische Anwendungen bezogen habe...
@ Boardadministration / Aufsicht : Das ist hier keine Werbung für bestimmte Hersteller - sondern nur Beispiele für Bezugsquellen.

Preise mußt Du verhandeln ... ich denke aber bei YAG-Stäben kein Problem ....

Was von der ebay-Quellen (oder andren Auktionshäusern) in punkto Kristalle und ihrer Brauchbarkeit zu halten ist kann ich nicht sagen... weiß nur, dass es da mal vor Jahren einen Rubinkristall von über einem Meter Länge zu ersteigern gab - Preis auf Vorschlag. Stammte laut Verkäufer aus ausgemusterten Beständen des russischen Militärs.

Größere Festkörperlaser haben meistens das Problem "Kühlung" - vielleicht hat Deine Lampe deshalb auch das Zeitliche gesegnet. Bei vielen der Leistungsstarken Festkörperlaser ist eine Wasserkühlung mit Umwälzpumpe nötig - schon damit der Kristall sich nicht zu stark erwärmt - bedeutet beim Rubinlaser Verschiebung der Absorbtionsbanden - und damit das "aus" für den Aufbau der Inversion.

Grüße aus Braubach,

Undine

Laserbastler
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von Laserbastler » Di 11 Mär, 2014 8:08 am

Hallo Undine,

vielen Dank für die Adressen, ich habe jetzt schließlich eine Quelle für günstige YAG-Stäbe gefunden.
Allerdings vertreiben sie keine großen Stäbe.
Ich hatte mir eigentlich was größeres ausgemalt. x)
Aber man sollte sich da ja auch zu helfen wissen.
Ich hatte mir überlegt 3 Stäbe zu pumpen und zu einen Strahl zu bündeln.
Allerdings möchte ich die Spiegelspielereien umgehen.
Meine Idee daher drei gleich große Stäbe je 110mm in eine enganliegende 330mm Flow Tube zutun und an den Enden Spiegel anzubringen.
Die Stäbe haben auf einer Seite eine AR Beschichtung, sodass sich die Beschichtung des mittleren Stabes im Inneren der Röhre befinden würde.
Was ja nicht so der Sinn wäre.
Ich habe bis jetzt noch nie etwas Derartiges probiert, würde das funktionieren? :)

mfG

undineSpektrum
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von undineSpektrum » Di 11 Mär, 2014 9:59 pm

Hallo,

leider habe ich das auch noch nicht ausprobiert - und kann daher nicht sagen ob das in der Praxis geht.

Theoretisch müsste auch eine solche Serie von Stäben - zumal beim Neodym-YAG-Kristall - durch eine geeignete optische Pumpe ebenso lasern wie ein langer Kristall... wenn Deine optische Pumpe es durch genug Leistung schafft die Verluste auszugleichen.
Dieser Laser den Du planst besitzt ein ziemlich große Verstärkung, gleichzeitig treten aber durch die Unterbrechungen des Mediums unvermeidliche Verluste auf, die die optische Pumpe kompensieren muss. Bedenke immerhin : Der Laserkristall stellt für das Licht der Laserstrahlung auch einen Brechnungsindex dar ( so wie ein Stück Glas ) der sich schlagartig an den gespaltenen und evtl. polierten Kristallendflächen zu dem umgebenden Medium (Luft) verändert, und das hat unvermeidliche Reflexionen der Laserstrahlung an diesen Stirnflächen zur Folge... Das das keine zu vernachlässigende Größe ist zeigt eine Rechnung mit Hilfe der Fresnelschen Formeln für den senkrechten Lichteinfall auf eine solche Grenzfläche. Der Brechungsindex des Kristalls liegt in der Größenordnung von 1.833 für die Natrium-D-Linie (ca. 589 nm Wellenlänge ) und etwa 1.815 für die infrarote Laserstrahlung bei 1064 nm, so daß sich eine Reflektivität von ((n[2]-n[1])/(n[2]+n[1]))^2=0,081 also ca. 8.2% gegen Luft ergibt. :)
Vergleiche : Für Fensterglas ergibt sich bei n[2]=1,5 etwa eine Reflexion von 4% ... das ist der Wert den man sich merken sollte... :wink:
Die Folge dieser Reflexionen sind parasitäre ggf. gekoppelte Kavitäten sowie - abhängig vom Aufbau - ggf. instabile Resonatoranordnungen.
Die Stirnflächen der Kristalle sollten dabei für die Laserstrahlung von 1064 nm durch eine Beschichtung entspiegelt werden ... und das kostet... :wink:
Dasselbe Problem tritt auch in gefalteten Strahlengängen auf, diese Lösung hast Du ja schon für Deinen Aufbau ausgeschlossen...

Beide Hersteller die ich angegeben habe entspiegeln selbstverständlich Deine Stäbe durch eine Schichtkombination - genaueres sagt Dir dazu der Coating-Designer...
Ich halte das für eine eher kostspielige Lösung, mehrere Kristalle hintereinander zu "pumpen" ... Hast Du mal mit Hilfe der g-Parameter abgeschätzt ob Deine Anordnung stabil ist ... ? Welche Lösung hast Du Dir für die Resonatorspiegel des Lasers überlegt? Das spielt dabei auch eine Rolle... :)


Vielleicht erstmal so weit hier...

Grüße,

Undine

Laserbastler
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von Laserbastler » Do 24 Jul, 2014 9:24 pm

Hallo Undine,

sry das ich mich erst jetzt wieder melde, hatte viel zutun. :/
Hin und wieder habe ich mir ein paar Teile bestellt und habe jetzt fast alle Teile für den gesamten Aufbau zusammen.
An die 3 Nd YAG Stäbe bin ich auch gekommen. ;)
Was die Pumpenergie anbelangt kann ich schon einige Verluste ausgleichen, ich habe hier verschiedene Xenon Blitzlamben rumliegen.
Im Härtefall wären das ein paar sehr große und auch grimmig aussehende Lampen. x)
Aber davon gehe ich nicht aus das ich die brauchen werde um die Laserschwelle zu erreichen. ;)
Momentan kann ich mit einer Schaltung bis zu 4 Blitzlampen zeitgleich auslösen, um eine einzelne nicht zu sehr stressen zu müssen.
Jetzt fällt mir noch ein sätigbarer Absorber und habe auch schon eine Firma gefunden die Chromium 4+ Yttrium Aluminium Granat Kristalle verkauft.
Nur bin ich mir nicht sicher welche Anfangsdurchlässigkeit ich nehmen soll.
80 - 90% werden scheinbar häufig für passive Güteschalter verwendet.
In meinen kleinen YAG Lasern sind Dye Cell Güteschalter verbaut, ich bin nur nicht so von ihren Durchhaltevermögen begeistert. x)
Deshalb bin ich mit den Cr YAG schon besser dran, bei einer Schadenschwelle von 500MW/cm².

Da stellt sich für mich die Frage wie hoch die Anfangsdurchlässigkeit sein sollte, für ein hohes gesamt Strahlungspaket und einen möglichst hohen Pulse?
Die Firma kann welche mit 10 bis 95% Anfangsdurchläsigkeit herstellen.
Hast du viellicht einen Rat?



Mit besten Grüßen

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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von VDX » Do 24 Jul, 2014 10:27 pm

... eine gute Quelle für NdYAG-Kristalle ... und auch Pumpkammern ... und alles andere, was dazugehört ... sind alte/ausgemusterte NdYAG-Laser!

Für meinen ersten mit 120Watt CW, 35mJ@150ns habe ich bei der Abholung noch 300€ bezahlt, den zweiten, einen baugleichen 150Watt-Typen mit 40mJ@150ns habe ich für umsonst bekommen ... wenn das mit dem Transport klappt, bekomme ich bald noch zwei mit 300mJ/800mJ @8ns und Frequenzverdopplung im Austausch für zwei Laserdiodenmodule fürs DIY-Lasergravieren :wink:

Ich will bei Gelegenheit mal versuchen, einen von den 'kleineren' testweise mit einer 808nm@25W-LD zu pumpen ... eventuell bekomme ich noch ein aus zwei 25-Dioden aufgebautes 50W-Modul, das dafür noch besser geeignet wäre :freak:

Viktor
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Re: Selbstbau Reflektorkammer

Beitrag von undineSpektrum » Do 24 Jul, 2014 11:33 pm

Hallo, guten Abend Laserbastler,
Guten Abend Viktor, :)

ja, das hätte ich jetzt auch spontan vorgeschlagen. Und die Nd-Kristalle gibt´s entweder auch bei den Herstellern die ich genannte habe ( Rubine werden da ja nicht mehr hergestellt ) oder du verwendet ein kleines Stück eines Deiner Stäbe oder aus einem - ich wiederhole Viktors empfehlung - alten Stab. Ginge es um Rubine - da käme ich noch in größeren Mengen dran. Anders bei Nd-YAG.
Zitat anfang...
Laserbastler hat geschrieben:sry das ich mich erst jetzt wieder melde, hatte viel zutun. :/
Hin und wieder habe ich mir ein paar Teile bestellt und habe jetzt fast alle Teile für den gesamten Aufbau zusammen.
An die 3 Nd YAG Stäbe bin ich auch gekommen. ;)
Zitat ende..
Wie heisst das so schön... ein guter Wein braucht Zeit um zu reifen und einen vollmundigen Geschmackskörper zu entwickeln ... :D ein Spruch aus dem Rheingau... naja und so ist das bei allen Selbst- und Neuentwickelungen.
Ausschlaggebend ist bei Pulslasern was Du genau erzeugen willst. Welche Art Laserpulse Du bekommst hängt - in der Tat - von der Konzentration der Absorbtionszelle ab. Die Konzentration und die Transmission verändert dabei das Tastverhältnis der Impulse (also das Verhältnis von Impulsdauer und Impulspause) sowie die Stärke der Impulse - denn die passive Güteschaltung ist ein selbstorganisierender Effekt.
Mal so grob qualitativ gesagt : große Transmission des Absorbers führt auf "lange, schwache" Impulse ( die sogar eher wie Schwankungen der Dauerstrichleistung "aussehen" )... größere Transmissionen auf eher kürzere und Impulsfolgen. Hier gehen die Ausgangsleistung im cw- Betrieb und die Transmission ein... siehe unter "Formel von Haken" - benannt nach Hermann Haken aus Stuttgard. Die nützt hier erstmal nicht viel für eine Antwort hier weil nicht klar ist wie groß die Leistung ist die der Laser im mehr oder weniger kurzzeitigen Dauerbetrieb produzieren kann.
Ich schlage zum Test folgendes vor : Lass Dir von einem Hersteller für Güteschaltung einen schmalen Keil aus dem Material zuschneiden. Das Material hat dann ortsabhängige Dicke. Mit der verschiebung dieses Keils kannst Du unterschiedliche Transmissionen ( und die Anfangsdurchlässigkeit) variieren damit testen, die Stelle zu finden bei welcher deutliche Laserpulse entstehen.
Beim Rubinlaser wird mit absorbierenden Farbstoffen in einer keilförmigen Küvette so vorgegangen, der Resonator muss ggf. nachjustiert werden, wenn sich der Strahl durch diesen Keil verschiebt.

Die angesetzte Farbstofflösung aus Krytocyanin oder Viktoriablau B wird dann mit fester Konzentration so lange im Strahl hin- und her geschoben, bis eine stabile, periodische Pulsfolge mit möglichst hohen Spitzen entsteht. (Beobachtung auf dem Oszilloskop)
Hast Du die Möglichkeit dies zu messen? (Fotodiode mit Abschlusswiderstand - Die Diode BPW 34 ist hervorragend geeignet)
Die Impulse sehen dann wie folgt aus: Normaler Laserimpuls (links) , Riesenimpuls (rechts), Achsenbeschriftung Strahlungsleistung (Hochachse), Zeitdauer t (Rechtsachse)... :)
Laserpulse.jpg
Beachte die unterschiedliche Zeitbasis!

Ich denke aber ich beschreibe den zweiten Schritt vor dem ersten...
Zitat anfang...
Laserbastler hat geschrieben:Aber davon gehe ich nicht aus das ich die brauchen werde um die Laserschwelle zu erreichen.
Zitat ende...
Hast Du denn schon Laserstrahlung mit diesem Aufbau erzeugen können?
Ein Bild von dem Aufbau wäre interessant - oder eine Skizze. :wink:

Grüße und weiter viel Erfolg,

Undine
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