Janus III - ein PMG Laser Projekt

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medusa
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Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » So 23 Sep, 2018 1:57 pm

(Untertitel für Newbies: PMG heißt Pulsed Multiple Gas)

Mein Janus-Prokekt hat eine lang zurückreichende Vorgeschichte. Nach den ziemlich erfolgreichen Experimenten mit dem segmentierten Entladungskanal meines Projektes "Querflöte" (kennen Besucher meiner HP sicher noch) wollte ich einen ähnlichen Laser mit weniger, aber längeren Segmenten bauen. Weniger Segmente, weniger Klebestellen, und Glas statt Acryl, damit das ganze dichter wird. Am Ende waren es zwei, und beide Kapillaren teilten sich in der Mitte eine Kathode und schauten zu den Fenstern an den Anoden, deshalb der Name Janus. Auf das Kathodenrohr war direkt koaxial der Peaking Cap gewickelt, um kürzere Pulse hinzubekommen.
Janus I im Jahre 1995 war ein ziemlicher Flop. Das Druckdifferential beim Pumpen führte dazu, daß immer nur eine Seite zündete. Lasertätigkeit bekam ich nur mit N2 und mit Ne bei 614nm, alle anderen Linien kamen auch mit Resonatorspiegeln nicht zum Vorschein. Der Nachteil der Röhre war, daß sie klein war und die Kapazität des koaxialen Peaking Caps gering war. Sie wanderte ziemlich schnell auf den Ausschlachte-Friedhof.
Erst 2004 nahm ich mit Janus II das Konzept wieder auf. Janus I wurde praktisch halbiert, und die eine verbleibende Kapillare deutlich verlängert. Um trotzdem einen weiten E/p Bereich für die Experimente hinzubekommen, mußte ich eine extrem hohe Spannung erzeugen und habe eigens dafür einen Marx-Generator gebaut. Das Ganze auch noch als Input in eine Charge-Transfer- Schaltung (schon mal jemand einen 12cm langen Funken auf den Rahmen knallen sehen?). Der Peaking Cap war wieder auf die Kapillare und das Kathodenrohr gewickelt, um die Induktivität gering zu halten. Die brutal hohen Spannungen haben dann einen Durchschlag durch das Kapillarrohr verursacht. Laser gab es wieder nur Neon in Orange und N2 UV. Also wieder nichts. Immerhin hab ich dabei solche Dinge wie LC-Inverter- und Charge-Transfer-Schaltung kennen und nutzen gelernt, und wie man eine funktionierende Marx Bank baut. Janus' II Teile wanderten nach und nach in andere Projekte, den Marx Generator habe ich an einen freakigen Kollegen verschenkt.

Mir ist erst dieser Tage nach langer Pause und Stöbern in neueren Papern über Laser aufgegangen, was ich mit Janus eigentlich tun wollte. Nämlich einen Experimentierlaser so wie Früher (TM) in den '60ern, als man hemdsärmelig irgendein ein Gas nahm nach dem Motto: "füll rein, spiel an den Reglern rum und sieh zu, daß Du es zum Lasern kriegst." Das geht aber leider nicht mit einem einzigen festen Aufbau.
Nun hab ich zwischendurch bei Experimenten mit einem Fusor wesentlich mehr Erfahrung im Bereich Hochvakuum gesammelt, so daß ich mir auch eine modular aufgebaute Röhre mit austauschbaren Bores zutraue. Die Argonlaser haben mich einiges darüber gelehrt, wie man mit richtigen Resonatoren zurechtkommt. Mit anderen Worten, es war an der Zeit, es noch einmal mit einem Janus zu versuchen, diesmal allerdings gewissermaßen als Baukasten.
lasertube1.jpg
lasertube3.jpg
Janus III nutzt für die Röhre DN16 Kleinflansch-Bauteile, nur die Endfenster-Teile und die Bore sind maßgefertigt und austauschbar. Bisher gibt es nur eine longitudinale Röhre dafür, weil ich die Glasrohre und Flansche noch von einem anderen Laserprojekt rumliegen hatte. Die Bore kann jedoch auch eine transversale Elektrodenanordnung haben. Und wer weiß was alles noch.
Kondensatoren sind Doorknops zwischen Aluleisten verschraubt, mit einer Funkenstrecke im gleichen Format wie ein Kondensator. Das Lochraster in den Leisten ist so standardisiert, daß sich auf einfache Weise LC Inverter, einfacher Kondensator mit Schaltfunkenstrecke, Röhre mit Kondensator in Selbstschaltung, Charge-Transfer etc. realisieren lassen. Darüber hinaus enthalten die Innenkanten der oberen Leisten eine Menge Anschlüsse, die für verschiedene Elektrodenformen genutzt werden können.
Den Resonator (und einen Berührungsschutz aus transparentem PS) hatte ich noch von Janus II über. Er ist jetzt geteilt, grau gestrichen und an den Enden mit der Aluminium-Grundplatte der Kondensatoren verschraubt. Spiegel hab ich noch eine ganze Sammlung im Halbzoll-Format von Experimenten mit meinen Ar- und Kr-Lasern, die meisten sind OCs von größeren Lasern mit passenden langen Krümmungsradien um die 2m oder etwas mehr (und ich hab einen Satz HeCd-Spiegel für Blau und UV und das Paar aus einem I60).
Für Breitband-HRs habe ich schon hochvergütete Metallspiegel bei Teilen für Teleskop-Selbstbaufreaks in der Astronomie gesehen.

Mit anderen Worten, das wird sowas ähnliches wie Lego für Laserfreaks. :mrgreen:

Zur Zeit sind die Bauarbeiten noch nicht abgeschlossen. Die Funkenstrecke und die Terminalbohrungen auf den oberen Aluleisten fehlen noch, sowie eine robustere Unterstützung der T-Stücke an der Röhre.
Die isolierende transparente Abdeckung, die noch von Janus II übrig ist, läßt sich mit Dremel und Kleber leicht an die neue Geometrie anpassen.

Erster Testbetrieb ist mit Luft oder N2 geplant, die sollten in einer logitudinalen Röhre mit LC Inverter eigentlich so wie früher schon zum Lasern zu bekommen sein.
Über den Fortgang des Baues und der Experimente werde ich natürlich nach und nach hier berichten.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » So 23 Sep, 2018 2:27 pm

... bin dabei bzw. schau dir beim Abmühen zu :freak:

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von JETS » So 23 Sep, 2018 5:26 pm

Endlich wieder ne Gaslaterne. Habe ich das Prinzip richtig verstanden, du baust einen Resonator mit zwei getrennten aneinander gereihten entladungskammern?
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...wäre unsere Phantasie realistisch, dann wäre unsere Realität phantastisch.

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Death » So 23 Sep, 2018 5:53 pm

Irre , lese begeistert mit :mrgreen:

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Mi 26 Sep, 2018 11:14 pm

Bin noch dabei, habe die letzten Tage 58 Löcher gebohrt und in 33 davon auch schon Gewinde geschnitten...

@JETS
nein. Die erste Version von Janus hatte zwei Bores in Reihe, aber das hat nicht gut geklappt. Hab ich in der Folge nicht mehr so gemacht.

@VDX
"Abmühen" verstehe ich nicht. Der Weg ist doch das Ziel. Und ich habe nie ein Geheimnis daraus gemacht, daß mich die Erzeugung von Laserstrahlen weitaus mehr interessiert als das was man damit dann anfangen kann.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Mi 26 Sep, 2018 11:44 pm

medusa hat geschrieben:
Mi 26 Sep, 2018 11:14 pm
Und ich habe nie ein Geheimnis daraus gemacht, daß mich die Erzeugung von Laserstrahlen weitaus mehr interessiert als das was man damit dann anfangen kann.
... ich bin auch (bzw. fast noch mehr) daran interessiert, was damit zu machen geht :freak:

Mit den NIR-Dioden bewege ich mich so langsam auf Leistungen von ein paar Hundert Watt zu ... und mit etwas Glück habe ich nächstes Jahr ein Projekt mit Faser- und CO2-Lasern im Bereich von 3 und 6kW "in Arbeit" 8)

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Fr 28 Sep, 2018 8:29 pm

Was Power angeht, da reichen mir die 30 Watt aus der uralten China-Röhre völlig aus. Soviel Power kann in der heimischen Wohnung schnell danebengehen, wenn man nicht höllisch aufpaßt.

BTT...
Ich bin fertig mit der Bohrparty. Die oberen Aluleisten haben jetzt eine Reihe Schrauben als Terminals für alle möglichen Elektrodenanordnungen. Die Funkenstrecke ist auch schon drin, allerdings noch nackt, ohne die Isolierbüchse außen rum (auf dem Bild vorne rechts).
LCinverter.jpg
Im Moment ist das als LC-Inverter geschaltet, die Bore die momentan drin ist wird dann nur an je ein Ende verbunden. Longitudinal sind das ja nur zwei Elektroden.
Aufmerksame Betrachter erkennen vielleicht, daß die rechte und linke Schraubenreihe etwas versetzt ist. Damit hab ich noch was spezielles im Sinn, wird erst später verraten. ;)
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Hatschi » Sa 29 Sep, 2018 7:05 am

Halli Hallo

Immer wieder faszinierend was du in der kleinen Ecke alles zusammenfriemelst! :P

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » So 30 Sep, 2018 8:48 pm

Danke für das Kompliment. :)

Ging inzwischen nicht alles so, wie ich das wollte. Ich hab zwar die Plastikabdeckungen für die Funkenstrecke und Halterungen gemacht, und auch die alte transparente Haube, die vor unbedachten Griffen schützt, angepaßt, aber es gab auch Probleme.
lagerung.JPG
test1.JPG
Die grauen Kunststoffteile mache ich aus PVC-U, dem grauen Zeug, aus dem Schwimmbadrohre sind. Ich hab es beim Modden von NERF-Blastern schätzen gelernt, es läßt sich mit der Laubsäge leicht verarbeiten und mit Tangit wirklich fest verschweißen.
Das transparente Gewächshaus ist tatsächlich schon 15 Jahre alt. Ich hab es etwas niedriger gemacht und bei der Gelegenheit das freigewordene Material zu den "Seitengalerien" über den Kondensatoren umgebaut.

Vortests waren wie immer, nachsehen ob die Röhre immer noch dicht ist, und dann, ob der Aufbau auch spannungsfest ist. Das war alles ok soweit.
Ich habe auch nachgemessen, inwiefern es parasitierende Entladungen auf Masse gibt, das war alles gut soweit (ich habe eine Spannungsversorgung, bei der beide Pole "heiß" sind -- das kommt davon, wenn man Neontrafos verwendet). Es gibt immer Glimmentladungen, normalerweise ist das aber kein Problem. Ich kenne das und habe deshalb entsprechende Messungen durchgeführt.
Alles ging gut bis zur ersten vollen Zündung bei 20kV. Das muß wohl die Elektroden in irgendeiner Weise aktiviert haben, denn danach brannte immer eine volle Glimmentladung von einer Elektrode zur Masse, wenn ich die Spannung hochgedreht habe.

Ach, und meiner Pirani-Meßröhre hat der Druckstoß der Entladung den Meßdraht zerissen. Auch nicht nett. Ich habe dann mit meinem alten Hg-Barometer weitergemacht. Das hat schon viele gepulste N2- und Neonlaser überlebt.

Sieht also so aus, als wenn da noch Veränderungen vonnöten sind. Die longitudinale Bore war ja auch nur für die ersten Tests gedacht - so weit, so gut. Vielleicht hätte ich doch gleich die Bore bauen sollen, für die das Ganze eigentlich gedacht ist. Da wird das Problem sicher nicht auftreten.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Mi 03 Okt, 2018 6:57 pm

Und es ging heute weiter.

Die gute Nachricht ist, ich hab im Keller in der Laserkiste noch einen Rest der ersten segmentierten Bore von der Querflöte gefunden. Die hab ich ca. 2008 erneuert, weil die eine Hälfte Risse bekommen hatte, und hatte den intakten Teil aufgehoben. Damit läßt sich sicher eine Bore für Janus III basteln.
Ich hab das früher schon so gemacht. Wenn die Entladungen in Richtung Pumpe zu nervig wurden, hab ich den Druck erhöht und den Elektrodenabstand kleiner gemacht. Das führt dann auf segmentierte Bores a la Querflöte oder den ganz normalen transversalen Lasern.

Eine weniger gute Nachricht war, daß ich einen Tag mit Fehlersuche verbracht habe. Das kam so:
Ich wollte herausfinden, bei welchem Druck die Glimmentladung Richtung Pumpe zündet und habe dafür ein altes Über-/Unterdruck- Manometer hergerichtet und mit Flansch versehen. Dann habe ich meine Doppelkaskade auf 20kV aufgedreht und langsam angefangen, abzugepumpen.
So knapp unter 100mbar knackt es leise in der Kaskade und die Pumpe geht aus. Die Stimme neines Herzblattes ruft aus dem Wohnzimmer: "Was hast Du wieder gemacht? Du und Dein blöder Laser!"
Der F-Schalter fand halt, nö Freunde, so nicht.
Nachdem der Strom wieder ging habe ich alles auf Schäden überprüft. Und die Kaskade zeigte ohne angeschlossenen Laser 2mA an. Bei 20kV ist das ne Menge Wärme. Auweia, war da was abgeraucht?
Nach einem fröhlichen Nachmittag in den Eingeweiden des Gerätes stellte sich dann heraus, das es den Spannungsteiler im Milliamperemeter gesprengt hatte. Reparatur war kurz, 1kOhm neu und fertig.
Und was lernen wir daraus? Eine Doppelkaskade braucht einen Strombegrenzer an BEIDEN Enden. Jedenfalls, wenn irgendwo Masse in der Nähe und potetieller Leiter ist.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Death » Mi 03 Okt, 2018 7:31 pm

"Was hast Du wieder gemacht? Du und Dein blöder Laser!"

:lol: Herrlich :D

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Sa 13 Okt, 2018 4:52 pm

Hört all' Volk, höret,

der berittene Bote mit den Acrylrohren ist endlich eingetroffen.
Dabei ist mir aufgegangen, daß ich noch nirgends dokumentiert habe, wie ich transversale Bores für Stickstofflaser etc. vor fast 30 Jahren zum erstenmal gemacht habe.

Grundidee ist es, zwei ineinander passende Acrylrohre zu nehmen. Das kleinere davon wird längs durchgesägt (möglichst gerade), und von dem größeren nimmt man zwei kürzere Stücke, die diese Hälften später zusammenhalten.
Die Elektroden sind kleine Messingprofile. Anfang der 1990er habe ich im Baumarkt nur "L" bekommen, heute gibt es im Web auch schöne "H" Profile (im Architekturmodellbau, die dienen dort als Doppel-T-Träger).
N2tube_parts.JPG
N2tube_glue.JPG
Das längs gesägte Rohr wird an der Schnittebene schön plan geschliffen und dann die beiden Elektroden zwischen beiden Hälften eingeklemmt. Das 2K-Epoxy dient im Prinzip nur als Dichtmittel.
Epoxy sollte übrigens eins mit langer Verarbeitungszeit sein, weil man schon eine Weile braucht, ehe die langen Nähte alle richtig eingestrichen sind.
Wäscheklammern fixieren die Bore dann beim Aushärten. Die Außenrohre kann man dabei schon mal als Halter provisorisch aufschieben, geklebt werden sie erst im 2. Schritt.
Vor dem Kleben sollte man prüfen, daß die Elektroden parallel liegen und die Bore gerade wird. Hinterher läßt sich das nicht mehr korrigieren.

Früher hab ich in die Außenrohre noch Schlauchanschlüsse geklebt und auf die Enden Mikroskop-Objektträger als Fenster. Heutzutage werden da passende Rohre mit Flanschen drankommen, damit das in den Janus III Aufbau paßt.

Die großen L-Profile aus Alu auf den Bilder sind übrigens die Kontaktbleche, die später an die oberen Schienen in Janus III kommen.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Death » Sa 13 Okt, 2018 7:10 pm

*Daumenhochsmiley*

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Di 16 Okt, 2018 10:14 pm

Was bei einer Bore dieser Bauart immer dabei ist, ist ein Tag mit lustiger Lecksuche. Die Erfahrung hat mich gelehrt, daß man die langen Klebenähte am besten gleich noch mal überschmiert. Das geht schneller,als "verdächtige" Stellen einzutupfen, aushärten und immer wieder pumpen zu müssen.
N2tube.png
Die großen Klebstoffflächen sorgen übrigens dafür, daß die Röhre im frischen Zustand ziemlich lange ausgast. Man muß beim ersten Mal, wenn sie denn dicht ist, schon ein paar Stunden mit der Pumpe einplanen.

Das Bild zeigt auch die Verbindung zum Glasrohr-Flansch Adapter, damit das Teil in meinen Janus-Baukasten reinpaßt.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Sa 20 Okt, 2018 9:30 pm

Hab heute eine weitere Bore fertiggemacht, und zwar die schon erwähnte aus dem Rest der segmentierten Röhre aus meinem Querflöte-Projekt. Auf dem Bild ist sie zu sehen, wie der Kleber für die Übergänge zu meinem DN16KF Vakuumsystem aushärtet.
bore3.JPG
Für die in den vorigen Posts dokumentierte Bore mit transversaler Elektrodenanordnung habe ich aus zwei Alu-L-Profilen die Kontaktbleche gemacht und wieder jede Menge Löcher gebohrt. Na gut, die Zahl der Schrauben ist vielleicht übertrieben, aber (a) soll damit später noch etwas anderes befestigt werden und (b) sieht das einfach cool aus. :D
bore2.JPG
Und natürlich hab ich heute abend das Ding schon mal probehalber laufen lassen. Mit Luft als Lasergas gab es die erwarteten Pulsentladungen in der Bore. Das charakteristische violette Glimmband zwischen den Elektroden ist mit dem LC-Inverter allerdings von wesentlich mehr Streamern und Funken durchzogen als wenn man eine Blumlein-Schaltung benutzt.
UV-Strahlung kam an den Enden der Röhre schon mal jede Menge raus, ob die allerdings auch kohärent war, muß ich noch klären. Ich hab diese breitere Form der beiden transversalen Elektroden vorher noch nicht benutzt.

Für heute ist's erstmal gut. Bild konnte ich keins davon machen, ich werde aber mal versuchen, einen Videoschnipsel aufzunehmen und daraus ein Einzelbild mit gerade zündender Röhre rauszuziehen.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Sa 20 Okt, 2018 9:44 pm

... ja, machmal -- sieht bestimmt cool aus 8)

Viktor
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » So 21 Okt, 2018 9:29 pm

Noch etwas gepusselt und zwei Dinge rausgefunden habe ich:
Transversale Laser mit LC-Inverter laufen besser, wenn die Funkenstrecke in der Mitte ist. Bei den Blumlein-Bandleitern ist das nicht so (da ist die Funkenstrecke oft an einem Ende, weil das asymmetrischen Output geben soll -- hab ich aber nie beobachtet).
Und ich hab einen Spiegel an das eine Ende gemacht, denn das gepumpte Volumen ist mit den breiten Elektroden doch deutlich größer als mit Messerelektroden.
Et voila:
Airlaser1.png
Bei 45 mbar Luft und 20 kV fing es recht ordentlich an zu lasern.
Das Bild hab ich mit ner Digitalknipse gefilmt und den Videostreifen mit ffmpeg auseinandergenommen. Ein paar Bilder mit Treffern waren dabei. Die Auflösung ist leider nicht so toll.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » So 21 Okt, 2018 10:54 pm

... hast du schon erste Schätzwerte für maximale Puls-Spitzenleistung und Frequenz?

Bei meiner Nitromite mit der kleinen runden Dose hat's was mit 400kW und 200ps, aber nur 30 Hz, also um die 1mW "mittlere" Leistung :freak:

Viktor
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Mo 22 Okt, 2018 9:20 pm

Nö, das würde sich mit Luft auch nicht lohnen. N2 gibt etwa 4x mehr Leistung, und ein 1:1 He-N2 Gemisch nochmal das Doppelte.
Generell ist das Abschätzen der Leistung bei Selbstbaulasern nicht so einfach.

- Funkenstrecke läuft frei, d.h. man müßte mitzählen, weil das etwas unregelmäßig kommt. Normal stelle ich die Teile auf ca. 4 Hz ein, weil die Funkenstrecke sonst einfach zuviel Krach macht.
- Pulslänge kann man überschlägig über den Abstand des Spiegels ermitteln. Das ist bei langen Schätzchen nicht so supergenau. Bisher weiß ich nur, die Pulse sind länger als 2ns. Normal für einen Laser mit Bandleitern wären 5 ns.
- Leistung erwarte ich im Mittel nicht so furchtbar viel. Milliwatt-Bereich, vielleicht. Das Problem ist halt immer der schlechte Wirkungsgrad und die Konstruktion, die nicht wirklich viel Verlustwärme abkann. Ich hab Mitte der 90er mal einer N2-Röhre dieser Bauart bei einer Leistungsmessung kaputtgekriegt, weil die ziemlich lange dauerte.

Letzteres ist der Grund für die relativ massiven Kontaktbleche aus L-Profilen beim aktuellen Design. Die kühlen schleßlich auch.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Mo 22 Okt, 2018 10:22 pm

... ja, das Elektroden- und Kontakt-Design ist schon etwas "tricky" ... und ich brauche Stickstoff mit mindestens 3 bar, damit das sauber zündet ...

Bei der Nitromite ist die gesamte Resonatorstrecke etwa 90mm lang und die Elektroden nur 40mm - irgendwie müssen sie ja auf die 200 Pikosekunden Pulszeit kommen :freak:

Hier der Laserkopf mit Lineal dran:
Nitromite-Laserkopf.jpg

... und noch ein Video von dem Teil beim Pulsen:

https://www.youtube.com/watch?v=QMNCXyDuIcU

Viktor
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Do 25 Okt, 2018 10:11 pm

Ja, den hattest Du schon mal irgendwo gepostet - niedliches kleines Teil. Übrigens, versorgst Du den extern mit Stickstoff? Dann gäb es da noch eine Option mit N2+ (428nm). ;)

Ich hab in meiner Laborkiste im Keller noch eine von den sündhaft teuren Labordosen mit N2 gehabt, da war sogar noch was drin. Deshalb habe ich noch ein paar Videobilder aus der Nähe gemacht.
N2laser_discharge.jpg
N2laser_nearfield.jpg
Eigentlich sollte der Spot auf dem Papier zeigen, daß der Strahl wegen der breiten Elektroden wirklich rechteckig ist.... die Fluoreszenz ist leider total überbelichtet. Man erkennt es etwas auf der Spiegelung im Kameraobjektiv ganz oben. Ich muß da nochmal ein Bild mehr im Fernfeld machen.

Mit reinem Stickstoff statt Luft lasert die Röhre übrigens mit dem einen Endspiegel im Bereich von 30mbar bis 350mbar. Maximum ist ungefähr bei 60mbar.
Die Entladungsstrecke ist bei mir 60cm lang, Elektrodenabstand 9mm. Gepulst habe ich mit etwa 5Hz, Spannung 20kV.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Do 25 Okt, 2018 11:05 pm

... die Schläuche von der Dose führen nach Hinten zu zwei Stutzen, wo dann der Stickstoff draufgegeben wird - also ja, extern.

428nm wäre natürlich auch was :freak:

Viktor
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Sa 27 Okt, 2018 3:59 pm

So, hier kommen die versprochenen Fernfeld-Bilder, etwa 2m vor dem Laser aufgenommen. Die meisten Einzelbilder aus dem Video mit Puls waren abei immer noch überbelichtet, aber es waren auch ein paar schwache Pulse dabei. Damit sieht man dann den rechteckigen Strahl ganz gut.
N2laser_farfield1.jpg
N2laser_farfield2.jpg
Ich hab noch ein anderes Experiment gemacht, weil mich bei N2 Lasern immer interessiert, welche Wellenlängen kommen. Der Kram auf dem Photostativ-Tischchen ist über 25 Jahre alt. Damals hab ich damit mal bei einem kleinen Monster mit 70cm langen Bandleitern alle drei Wellenlängen gesehen (359, 337, 315nm).
Das "Prisma" ist mit Wasser gefüllt, denn Wasser ist für UV in diesem Bereich sehr durchlässig. Wassergefüllt Optik aus Borglas ist für den heimischen N2laser sehr geeignet. Ich hab mir schon einen Kugelkolben geordert, den ich als Linse zu mißbrauchen gedenke. Ist deutlich billiger als Quarz. :D
N2laser_spectrum.jpg
Daß hier nur die normale Linie von N2 kommt, ist noch kein Beinbruch. Ich hab noch ein paar Plätze für Kondensatoren in meinem Aufbau frei. "More power, Igor!"

@VDX
Stickstoff-Molekülion, also (N2)+, lasert nur unter hohem Druck mit einem gewaltigen Heliumüberschuß. Da Deine Dose eh mit 3bar aufgeblasen wird, wäre das einen Versuch wert. Helium magst Du vielleicht sowieso mal versuchen, weil's auch die Leistung von N2 steigert.
He mit weniger als 1% N2 ist geeignet dafür, das ist schwer zu dosieren. Ich hab es durch Zufall mal in der Querflöte hingekriegt, als ich nach Betrieb mit N2 die Röhre mehrfach mit He bis zum Atmosphärendruck gefüllt habe. Konnte ich leider nicht mehr reproduzieren.
N2 und N2+ lasern im Glücksfall beide, und man muß den UV-Anteil dann ausfiltern (geht mit einer Plexiglasscheibe), um den kornblumenblauen Spot bei 428nm zu sehen. Er hat deutlich sichtbar diese "körnige" Struktur, die kurze Laserpulse haben, Fluoreszenz aber nicht.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Sa 27 Okt, 2018 8:30 pm

... vielen Dank für die Infos! - werde zwar so schnell nicht dazu kommen ... hab's mir aber schonmal für die "Langfrist-Projekte" vorgemerkt :freak:

Viktor
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Di 30 Okt, 2018 6:26 pm

So, dann mal BTT...

Ich habe noch etwas ausprobiert, was mich schon eine Weile umtrieb: die bereits angedeutete "Wasserlinse" für die UV-Strahlung eines N2-Lasers...
waterlens_focus.jpg
Wie man auf dem Bild sehen kann, steht da eine Küvette mit Fluorescein im Fokus der "Linse". Diese ist ein einfacher Rundkolben aus Borosilikatglas mit Leitungswasser gefüllt. Der Fokus liegt etwa einen Kugelradius vor dem Kolben. Kosten ca. 5€.
Die Fluoreszenz zeigt ganz schön, daß die Strahlung des Lasers auf einen ziemlich kleinen Punkt gebündelt wird. Ich schätze so etwa 1 - 1.5mm.

Der ganze Aufbau ruft natürlich auch "Farbstofflaser". Daß das Fluorescein lasert, habe ich in diesem Versuch aber noch nicht erwartet. Zum einen wird Janus III hier wieder mit Luft betrieben, weil die Dose mit Stickstoff nun leer ist (Ersatz ist unterwegs).
Zum zweiten habe ich keinen Plan, ob die Konzentration des Farbstoffes im richtigen Bereich liegt. Das ist so ungefähr 10^-3 molar, k.A. ob es damit geht. Die meisten Angaben sind zudem für quergepumpte Farbstofflaser, längsgepumpte brauchen sicher eine niedrigere Konzentration. Die Fluoreszenz ging in diesem Versuch nicht mal ganz durch die Küvette hindurch.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Di 30 Okt, 2018 8:09 pm

... reicht die Puls-Leistung im Spot, um ein bedrucktes blatt Papier zu bleichen?

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Mi 31 Okt, 2018 3:23 pm

@VDX
Meinst Du einen normalen Ausdruck? Also mit ein paar Pulsen auf einen Buchstaben noch nicht sichtbar.


Nachdem heute morgen eine Buddel Stickstoff in der Post war, sind zwei Dinge passiert:
(1) Medusa's wundersame UV-Optik hat noch einen Zugang bekommen, und
(2) die Fluorescein-Lösung hat bei longitudinalem Pumpen gelasert.

Ich hab ein bissel über die Eigenschaften der Kunststoffe im Web gestöbert und dabei herausgefunden, daß stinknormales PET im Gegensatz zu den anderen gängigen Konststoffen UV duchläßt. Also habe ich heute morgen mit den Brötchen auch noch einen Smoothie in einer 250ml Flasche geholt (Geschmack ging so), und das leere Behältnis in einem überaus sinnvollen Recycling von Kunststoff-Verpackung der wissenschaftlichen Forschung zugeführt.
Mit Wasser gefüllt erzeugt das Ding als Zylinderlinse einen schönen Strichfokus. Kosten: unter 1€.
cylinder_lens_from_PET_bottle.jpg
Fluorescein_dye_lasing.jpg
Ja, und auf dem 2. Bild lasert Fluorescein. Es ist jetzt 34 Jahre her, daß ich ein Fläschchen Rhodamin 6G gekauft habe, um einen Laser damit zu bauen. Seid versichert, das wird da drin auch noch lasern. Ich hatte leider nur kein geeignetes Lösungsmittel, sonst wäre das jetzt in der Küvette (für das Fluorescein hab ich einfach Leitungswasser genommen).
Der grüne Laserspot von Fluorescein erscheint nur unregelmäßig. Ich hab auch den Eindruck, der mag keine allzu hohe Pulsfrequenz. Manchmal, wenn er weg ist, erscheint er auch wieder, wenn man die Küvette leicht seitlich verschiebt.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von VDX » Mi 31 Okt, 2018 4:01 pm

... möglicherweise mußt du die Farbstofflösung in Bewegung halten?

Bei den Hochleistungs-Farbstofflasern wird die Lösung durch die Küvette gepumpt und gelegentlich auch ständig ausgetauscht bzw. "aufgefrischt", weil wohl die Moleküle bei den hohen Puls-Spitzenleistungen kaputtgehen oder eine "Regenerationspause" brauchen, oder sowas? :?

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von deepblue » Mi 31 Okt, 2018 5:37 pm

Hallo Medusa,

schön Dich mal wieder hier im Forum anzutreffen.Schönes Projekt,mal wieder ein wenig leben im Forum,was Laserexperimente angeht.
Wenn ichs gewusst hätte,hatte vor nem Jahr mal nen Konvolut von ca.500 Resonatorspiel aufgekauft,zwei drittel davon noch neu und ne Menge UV und IR Spiegel dabei.Hab sie alle weggehauen,da ich keine Verwendung dafür hatte.Hätte Sie Dir gerne zur verfügung gestellt.

Was die Laserfarbstoffe angeht,werden diese meist in Ethanol,Methanol,DMSO oder ähnliche gelöst.Das richtet sich ganz nach dem Farbstoff.Es gab früher mal gebrauchsfertige Lösungen.Manche sind auch nicht unkritisch,da Toxisch,auch wegen dem Lösungsmittel.

Für einzelpulse muß die Farbstofflösung nicht ausgetauscht werden.Wie VDX schon geschrieben hat,bei hoher Wiederholrate oder CW-Pumpen muß diese ausgetauscht werden,bzw.sie fließt in einem Kreislauf.Da die Moleküle danach dem Laserprozes nicht mehr zur verfügung stehen da sie in einem sogenannten Triplettzustand fallen,welcher den Laserprozess verhindert.Es gibt auch sogenannte Triplettquencher die der Lösung zugesetzt werden um diesen Prozess zu minimieren.Aber in der Regel wird die Lösung mit einigen Metern pro secunde durch eine Küvette oder Jet Stream durch die Focusebene gepumpt um eben dem Problem des Triplettzustandes zu umgehen.

Eine kleine Küvette aus Quartglas reicht meist schon aus,da die gegenüberliegenden Wände als Resonator wirken.Ansonsten zwischen einen kleinen Resonator stellen,das senkt die Laserschwelle deutlich.

Was Farbstoffe und deren Lösungen angeht,empfehle ich hier das Buch:Lambdachrome Laser Dyes von Ulrich Brackmann,dort steht alles wichtige drin,und alle Laserfarbstoffe mit Absorptions und Emissionskurven.

Viel Glück mit Deinem Prokekt,ich werds verfolgen.Und solltest Du mal einen Spiegel brauchen,schau ich mal nach ob ich was passendes habe.

Gruß
Andre

PS:weiss immer noch nicht seit der Umstellung hier,wie ich Bilder vom PC hochladen kann :( :( :evil:

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Death » Mi 31 Okt, 2018 6:32 pm

Na, du gehst auf Antwort und unter dem Fenster wo du reinschreibst, siehst du zwei Ordnerrücken.


Der eine schimpft sich Option, der andere schimpft sich Dateianhänge.

Da klickst du drauf und kannst Bilder direkt vom Medienträger hochladen durch einen klick auf "Dateien hinzufügen" :D


Gruß
Michael

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Do 01 Nov, 2018 12:24 pm

Hallo Andre,

schön, mal wieder von Dir zu hören. Ich hatte Dir irgendwann zwischendurch mal gemailt, aber wahrscheinlich hattest Du ähnlich viel zu tun wie ich. Das mit den Spiegeln hast Du glaub ich schon mal erwähnt. Schade drum.
Richtiges Laserbasteln vermisse ich auch in diesem Forum, das ist auch einer der Gründe, warum ich hier nicht mehr so viel aufgetaucht bin. Nix gegen Projektoren und Shows, das ist großartig und immer sehenswert, aber nicht so meine Welt. Die liegt eher zwischen den Resonatorspiegeln, sozusagen. ;)

Auf die Farbstofflaser wollte ich in diesem Thread gar nicht so weit einsteigen, nur soviel, die Ausrichtung der Küvette scheint schon eine Rolle zu spielen. Vielleicht hat das bei dem vorigen Experiment getäuscht.
Quer pumpen mit der PET-Flasche geht so nicht, da muß wohl die Konzentration höher sein.
Auf jeden Fall tut sich mit den Farbstofflasern eine völlig neue Welt auf. Die gehört aber in einen anderen Thread, bei Gelegenheit.

@VDX: ich hab auch versucht, die mittlere Leistung zu messen. Leider fühlt sich jedes elektronische Gerät in Sichtweite der Funkenstrecke wegen des EM-Noise nicht sehr wohl, das Multimeter hat alles mögliche gemessen, aber keine Milivolt. Geht so also nicht.

Ingesamt...
Was immerhin ein Erfolg ist, Janus III mit der Bore mit den transversalen Elektroden läuft stabil genug, damit man ihn auch mal ein paar Minuten alleine lassen kann, weil man sich auf etwas vor dem Laser konzentrieren möchte. Ich hab jetzt 20min bei ca. 2Hz, ohne daß etwas zu heiß wird oder undicht oder von der Entladung gekillt oder was weiß ich noch. Das ist für diesen Thread erstmal das wichtigste Ergebnis. Der Janus III Baukasten ist also einsatzbereit.
Ich möchte auch die anderen Bores noch mehr testen, Argon longitudinal bei niedrigem Druck als gepulsten Ionenlaser wäre schon eine feine Sache. Spiegelsätze dafür habe ich auch noch welche rumliegen. :D
Dafür brauche ich aber erst ein robustes Pirani, das nicht sofort den Meßfaden abwirft, wenn's in der Bore mal knallt. Muß ich wohl selbstbauen.

Und die Bore, die ich eigentlich ausprobieren will, habe ich noch nicht mal angefangen. All das hier ist ja eigentlich nur Vorgeplänkel.
Hier kommt also noch was nach, später.

Gruß, ~Diane.
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Mo 05 Nov, 2018 12:09 am

Kurzer Nachtrag:

Andre hatte recht, die Wände der Küvetten wirken als Resonator. Ich hab heute damit rumprobiert, zum einen funktionieren nicht alle Küvetten gleich gut (damit liegt's dann wohl nicht am Farbstoff), zum anderen liegt der Spot vom lasernden Farbstoff immer genau in der Richtung, in die die Küvette zeigt.
Es würde auch erklären, warum ich es bei transversaler Pumpe nicht hinbekomme. Die auf die matten Seitenwände aufgeklebten Glasstreifen (damit es klar wird) sind nämlich mit Sicherheit nicht parallel.

Ich fürchte, der gute Janus wird sein Leben noch ein paar Tage als Stickstofflaser fristen müssen. Ein paar Farbstoffe sind auf dem Weg zu mir. Und Isopropanol, damit das Rhodamin, das ich seit Jahrzehnten besitze, auch endlich mal ans Lasern kommt.
Ich mache dafür aber einen neuen Thread nur zum Thema Farbstofflaser auf, und hier gehts dann erst in einiger Zeit weiter. ;)
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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von Death » Mo 05 Nov, 2018 3:31 am

:D

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Re: Janus III - ein PMG Laser Projekt

Beitrag von medusa » Fr 16 Nov, 2018 8:55 pm

@VDX, weil Du ja nach der Leistung bzw. Pulsenergie gefragt hast...

Nachdem ich dann den Stickstoffdruck auf 83mbar korrigiiert habe, funzt der stickstofflasernde Janus noch etwas besser. Und mit einer Kugellinse muß man ja für die Leistungsmessung nicht unbedingt direkt am Röhrenfenster bleiben.
powermeasure.png
Am anderen Ende des Zimmers sind die EM-Störungen von der Funkenstrecke geringer, und ich habe eine Anzeige auf dem Meßgerät bekommen. Gemessen habe ich ungefähr 2mW bei 2Hz Pulsfrequenz.
Die Kondensatoren speichern bei 20kV ungefähr 5 Joule in der gegenwärtigen Ausbaustufe (wird demnächst mehr). Netto gehen also ungefähr 10 Watt in die Röhre.
Auf der anderen Seite waren die Pulslängen bei den Niederdrucklasern, die ich in den 90ern gebaut habe immer so um die 5ns. Bei 1mJ Laserenergie pro Puls wären das über den Daumen so 200kW-Pulse.

Meßfehler nicht ausgeschlossen, und im Prinzip gilt die obige Abschätzung auch nur für Rechteckpulse (was sie real nicht sind). Gibt aber schon mal einen Anhaltspunkt, in welcher Liga Janus III mit N2 spielt.
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Beitrag von VDX » Sa 17 Nov, 2018 12:13 am

... ja, da kommt schon was zusammen :freak:

Wenn ich mal die Zeit finde, muß ich doch mal schauen, ob ich mit dem kleinen 400kW@200ps-TAE-Laser etwas "bleichen" kann - meine Hoffnung geht dahin, mit dem Teil sowas ähnliches wie mit einem Excimer-Laser hinbekommen zu können - mit dem hatte ich in Polymer pro "Puls" einige Mikrometer Material "kalt" weggedampft - durch 50µm Polymer bin ich mit ungefähr 50 Pulsen durchgekommen.

Das ging durch eine Stahlblende auch ganz gut anzupassen - mit verschiedenen Blenden konnte ich da Quadrate oder beliebiege andere Formen auf/in die Oberfläche gravieren ...

Viktor
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