Schnellwechselhalter für 5.6mm Dioden

[medusa]

Hi Freaks,

nach langer Zeit ich mal wieder. Dachte, ich zeige hier mal meinen Schnellwechsler für 5.6mm Dioden. Hab neulich einen Diodenhalte"würfel" geschossen und meinen Diodenlaserklotz grundlegend damit umgebaut.
Ich hab übrigens nicht den Anspruch, daß das was ganz tolles oder besonderes ist - da ist vielleicht schon jemand vor mir draufgekommen.

Dioden-Schnellwechsler-5.6mm.png

Hier sieht man, was ich gemacht habe. Der Würfel ist, wie es sich gehört, auf eine kleine Grundplatte aus Alu geschraubt. Die hat zwischen sich und dem Kühlkörper einen 18x18mm TEC, dessen Anschlüsse an die gelbe und schwarze Buchse gehen.
Weil ich gerne gelegentlich die Laserdiode wechsele, habe ich die beiliegende Platine nicht mit der Diode selbst, sondern mit einem Sockel verlötet. Der ist aus Teflon und hat Goldkontakte, vor vielen Jahren mal bei Roithner (glaube ich ) gekauft.
Weil der Diodensockel 8mm hoch ist, mußte ich natürlich auch die Schrauben tauschen. Sind jetzt M2x20.

Die Leitungen sind nach hinten auf die blauen Buchsen herausgeführt. Alle drei deshalb, damit es keine Verwechslungen gibt. Der Diodensockel führt die in genau der Orientierung zu den Buchsen, wie sie aus der Diodenrückseite rauskommen (10x oder mehr nachgemessen!). Also nur Datenblatt danebenhalten und Plus und Minus einstöpseln.

Laserdiode wechseln geht fix, gefühlt in einer Minute. Die 4 Schrauben raus, den Sockel abziehen und an den Kabeln etwas nach hinten drücken, und schon kann man die Diode mit der Abdeckplatte rausziehen.
Neue Diode rein, Platte drauf, Sockel drauf, Schrauben rein, fertig.
Schneller geht glaub ich nur noch Nachladen aus einem angesteckten Magazin mit einem Repetierhebel.

M140_power.png

Da habe ich eine Nichia M140 drin (vielleicht auch eine A140, der Kringel neben dem QR-Code fehlt, lange her daß ich das Ding mal gekauft habe). Bei 800mA kommt sie gerade so auf ein Watt. Mein Ebert-Monochromator behauptet, das sei bei 444nm.

Alle, die mich noch von früher kennen, wissen ja, daß Laserdioden mir nicht so viel geben. Auch diese wird nur eine maßgeschneiderte optische Pumpquelle für Experimente mit Kristallen werden.

[VDX]

Hi Diane,

ist der Peltier dadrunter fürs Frequenz-Shiften? -- wieweit kommst du damit runter?

Ich hätte auch noch ein paar größere Peltiers von augeschlachteten Medizinlasern und noch größere mit wassergekühlter Hitzefalle aus einigen größeren IR-Laserdioden von Dilas ... ich könnte mir vorstellen, mit denen bis unter -40°C zu kommen, wenn ich die Wassergekühlten nehme und ggf. "stapele"

Viktor

[medusa]

Ja, auch für das Frequenzshiften. Ich will aber auch die Dioden glücklich halten. Wärme kostet Lebensdauer.

Das Runterkühlen klappt auch gut damit, die Kondensation von Luftfeuchtigkeit wird damit aber schnell ein Problem.

[VDX]

... bei unter Taupunkt kühlen müßten die Dioden in einem luftdichten Gehäuse mit trockener Luft laufen.

Ansonsten mal schauen, was da für einen ausreichenden Frequenz-shift überhaupt erforderlich ist.

Der User "Planter" aus dem PL-Forum hatte mal eine rote Laserdiode mit Flüssig-Stickstoff auf "Orange" runtergeprügelt

Viktor

[NiklasH]

Super! Sowas muss ich auch bauen.. Das ist tausendmal professioneller und sicherer für die Diode als das Krokodilklemmenchaos, was ich immer veranstalte

Zusammen mit der Lasertreiberbox, die am Rubinlaser ist (siehe Thread) wäre das ein wahrer Allzweckdioden-Teststand.

Dass Dioden dir nicht so viel geben, kann ich gut nachvollziehen. Für Leute, die Laser als Werkzeug sehen, ist das echt super, weil kleines, einfaches Bauteil mit viel Wumms, aber wenn man richtig was sehen will, sind die denkbar ungeeignet. Naja, als Pumpe sind die ja trotzdem praktisch

LG Niklas

[VDX]

... es kommt halt immer auf den "Wumms" an, der vorne aus der Diode rauskommt

Hier mal 3 Varianten meiner mit Peltier-Elementen gekühlten Dioden - die beiden einzelnen Dioden haben jeweils 2 Peltier-Elemente drunter ... beim deutlich größeren Teil, mit zwei 200W-Dioden auf einer Aluplatte, sitzen 9 Peltiers drunter -- und für die Luftkühlung habe ich ein Kühlrippen-Gehäuse von einem Faserlaser mit 4 Lüftern zum "durchströmen" druntergesetzt -- bei 19°C an der Aluplatte hatte ich um die 45°C am Faserlaser-Gehäuse ... hab's aber auch schonmal bis 65°C gebracht

LD-Peltier-Kühlung.jpg

DDL-Aufbau-Basis2.jpg

Viktor

[Death]

Spectra Physics, 20 Watt 808nm, Kompressorgekühlt und geheizt, verziert auf Faser

22906519_2.jpg

[VDX]

Hi Michael,

... dein 20Watt@808nm-Laser ist aber ziemlich riesig!!

Die "silbrige" Diode mit der Kupferplatte im Bild mit den 2 Dioden gibt auch 808nm in eine Faser aus (FSMA-Schraubbuchse) ... die hat aber irgendwas um die 200-300Watt CW (wenn noch zusätzlich gekühlt) und könnte bis 500W wenn nur ganz kurz gepulst

Aber ich denke, wir sollten hier nicht zu viel/groß auspacken ... da verlieren manche schon den Mut bzw. die Motivation weiterzumachen

Was ich interessanter finde (im französischen Forum gefunden) -- "tiefes UV" mit einer blauen Laserdiode!!:

https://www.laserfocusworld.com/lasers- ... 9197245J6N

Viktor

[medusa]

Gehen wir mal zurück zu meinem Diodenhalter. Bei solchen Leistungen wie bei euch kann (und will) ich nicht mithalten. Die blaue Diode hat mir heute schon bei 250mW einen Beamstopper aus Holz angekohlt. Das macht sonst nur der CO2.

Ich hab mal versucht, mehr über meine Diode rauszukriegen. Mit dem Monochromator sieht man die Longitudinalmoden immer so schön.

445nm_logitudinal.png

445nm_logitudinal_okularprojektion.png

Diode bei 0.4A, ca. 250mW, Temperatur (hinten am Halter direkt neben dem Teflonsockel gemessen) 24.5° und später 22.8°.
Das obere Bild ist direkt ins Okular am Monochromator reinfotografiert, das untere leicht verwackelt die Okularprojektion. Sowas macht man auch bei der Sonnenbeobachtung, um sich das Auge nicht zu kochen, und das, was da im Okular zu sehen war, ist schon recht unangenehm hell. Hab es glücklicherweise beim Direktphoto ohne Überbelichtung getroffen.

Der Linienwald im Monochromator ist im 10. Beugungsmaximum des Gitters, die Breite des Linienwaldes ist ca. 1nm und 0.8nm.
Bei der Bestimmung der Wellenlänge hab ich sogar heute mal mit einem grünen Nd:YAG kalibriert, um den periodischen Fehler des mechanischen Getriebes zu bestimmen. (Der Monochromator ist so alt wie ich oder älter und hat eine vollmechanische Anzeige. Ich liebe so alte robuste Meßgeräte!!! Sowas geht sogar ohne Strom!)
Selbst, wenn ich den Fehler rausrechne, behauptet er, die Diode habe 442nm.

Nebenbei bemerkt, das ist auch das, was ich in meinem Spektroskop sehe. Konnte es nur nicht glauben.

Ich mein, ist ja toll. Zum Pumpen von Pr3+ kann es gar nicht besser sein, und ordentlich Wumms hat sie auch noch.

[VDX]

Hi Diane,

die Daten der blauen Dioden werden ja typisch bei 25°C angegeben -- machen da 22.8°C schon soviel aus?

Oder andersrum - die ersten Dioden wurden ja mit 445nm angegeben, die nächsten dann mit 448nm und 450nm.

Wenn das der gleiche Typ Kristall und Aofbau ist, könnte das darauf hindeuten, daß trotz Temperaturregelung des Diodengehäuses auf 25°C im Kristall deutlich höhere Betriebs-Temperaturen herrschen!!

Im PL hatten wir mal eine Diskussion zu den "Würfelgehäusen" aus verschiedenen Materialien mit jeweiligen Meßwerten, wieviel der Kristall heißer wird, als das auf eine feste Temperaru gekühltes Gehäuse -- da war z.T. was mit Temperaturdifferenzen Gehäuse->Laserkristall von über +5°C !!!

Viktor

[VDX]

... hab' hier eins der Meß-Bilder gefunden, wo es nur um den Temperaturgradienten in einem glaub' Messinggehäuse (links) gegn ein Kupfergehäuse (rechts) beim Herabkühlen der Platte auf -20°C und Energie-Output der Diode bei 10Watt ging - da hatten sie auch eine Temperaturdifferenz von 5°C, aber nur zwischen Bodenplatte und Diodengehäuse im Kupfer-Block ... der Laserkristall innendrin dürfte nochmal heißer sein ... und in dem Messinggehäuse noch viel mehr!!

123.jpg

Wenn ich etwas Zeit habe, schaue ich mal, ob ich auch noch die anderen Bilder oder den passenden Thread finde ...

Viktor

[medusa]

Ich vermute auch, daß die Diode eher mit 440 oder so hergestellt wurde. Oder aus einer Zeit stammt, in der 440-450nm aus der Produktion fallen konnte. Alles was ich weiß, das mittlere Beinchen ist abgekniffen, an den anderen war Lötzinn, und der QR-Code von Nichia ist auf der Rückseite. Ohne Kringel.

Daß der Kristall wärmer ist, glaube ich sofort. Ich merke ja den Unterschied, wenn ich auf die Aluplatte fasse oder an das hintere Ende des Würfelchens. Deswegen messe ich so dicht wie ich drankomme an der Fassung.
Und bei 5.6mm Gehäusen sitzt der Chip ja auch nur auf einem winzigen Stück Metall. Das soll dann die ganze Abwärme leiten?
Würde mich eh mal interessieren, ob die Leistungdichte auf dem Chip auch wie bei manchen PC-Prozessorchips die Leistungsdichte eines Atomreaktors erreicht.

Die Temperaturdrift von GaN ist nicht so hoch wie bei Infrarotdioden. Das hängt vom Substrat-Hauptbestandteil ab.Ich meine, ich hätte die Werte von GaN, InP (rote Dioden) und GaAs mal so so gelesen...
GaAs 0.3nm/°K
InP 0.15nm/°K
GaN 0.1nm/°K.

Ich gehe deshalb davon aus, daß die Diode schon bei 25° weniger als 445nm hat. Vielleicht ist das die ausgleichende Gerechtigkeit dafür, daß mein HeCd vor einiger Zeit an Heliumhochdruck sanft entschlafen ist.
Offtopic: kann jemand ein Omni 100 (wahrscheinlich sogar 100B) Netzteil mit Kabeln brauchen?

[medusa]

Weil lesen gut ist, nachmessen aber besser hab ich meinen gerade kalibrierten Monochromator nochmals bemüht...

m140_442nm.png

m140_441nm.png

Das ist wieder Okularprojektion, diesmal des 4. Beugungsmaximums. Da ist zum einen die Messung am genauesten, zum anderen der Spot noch hell genug, um die Messung nicht mitten in der Nacht machen zu müssen. Die Longitudinalmoden werden dafür nicht so gut aufgelöst, hier interessiert aber auch nur die Summe dessen, was die Laserdiode emittiert.

Die Diode läuft wieder bei 400mA mit etwa 250mW Output. Ich habe diesmal mit dem TEC-Poti gespielt und dabei die Temperatur der Diode am Würfel direkt neben der Fassung gemessen. Auf den Bildern entspricht der lange Strich 442nm, die kürzeren sind ungefähr 1nm auseinander.
Oberes Bild: 28.3°C, die Mitte der Moden liegt ganz gut auf 442nm.
Unteres Bild: 18.8°C, der Modenwald ist etwas schmaler und liegt deutlich sichtbar bei rund 441nm.
Man sieht aber auch, daß die Moden durchaus einen ganz hübschen Wellenlängenbereich umfassen.

Man kann also die 445er Dioden tatsächlich mit rund 10° pro 1nm regeln. Ist nicht die Welt, macht aber den Spielraum der der Selektion von Dioden etwas größer. Und die Dioden liegen im Watt-Bereich, deutlich mehr als zum Pumpen des Kristalls nötig ist. Das wird also bei der Emissionsbreite auch nicht so kritisch sein.

[medusa]

Heute ist noch ein kleines Konvolut an blauen Laserdioden angekommen. Wie es so geht, auch wieder Nichias, M140 oder so. Sehen genau wie meine erste aus.
Ich habe noch nicht alle gemessen, bis jetzt habe ich aber je eine 441, 443 und 444nm darunter. Zusammen mit meiner ersten ein schöner Satz, wie man so sagt.

Scheint also wirklich so, als ob man beim Einkaufen einfach Glück haben muß, oder einen Batzen kaufen und handselektieren.

[VDX]

... dann frage ich mich, wie die Wellenlängen-"Streuung" bei den stärkeren Multimode-Dioden ist ... und wie sich das verändert, wenn sie im Betrieb heiß werden oder "gewaltsam" heruntergekühlt

Viktor

[medusa]

Da sagst Du was... ich hab vorhin sozusagen kurz Multiline bei einer Diode gesehen. Nur 440nm und 442nm, dazwischen nix. Leider war ich mit der Knipse nicht schnell genug.
Generell läuft der Shift der Wellenlänge bei Kühlen/Wärmen so, daß im Spektrum "nebenan" neue Longitudinalmoden anschwingen und die am anderen Rand langsam schwächer werden und verschwinden. Generell tauchen aber immer auch weniger starke Moden in der Mitte auf oder verschwinden. Die stärksten Moden sind aber recht stabil (siehe das Foto ins Okular, oben). Die Gesamtemission ist ganz schön breit, scheint mit stärkerer Kühlung aber schmaler zu werden.

Ich hab das schon damals mit den LPC836 gemacht, im Monochromator das 10. Maximum einstellen und den Tanz der Moden beobachten, wenn die Diode sich erwärmt oder abkühlt. Ist fast wie Kino.

[VDX]

... wie schon geschrieben - "Planter" hatte eine rote 652nm-Laserdiode durch brutales runterkühlen auf "Orange" geshiftet

Viktor

[medusa]

Ja, tunen durch kühlen ist schon sehr praktisch bei Diodenlasern.

Ich hab von den ingesamt 6 Nichia M140 jetzt 3x 444nm, 1x 443nm, 1x442nm, 1x441nm. Ich werde eine von den 444ern nehmen und durch Kühlen genau auf die Absorptionsbande einstellen, denke ich. Mal sehen, was am besten geht.

[VDX]

... viel Glück!

Viktor

[VDX]

... hmmm ... kann sein, daß nur die roten Dioden beim Kühlen ausreichend weit runtergehen

Hier aus dem PL-Forum (der hat die Dioden mit Peltiers auf -80°C runtergekühlzt):

Sadly 520nm or any blue/green/violet diode uses a different material that does not drift much with temperature. Only Red diodes show this property.

Viktor

[medusa]

Rote Dioden sind im wesentlichen aus InP.
Alles, was um blau rumfleucht, basiert auf GaN. Daß die unterschiedliche Temperaturkoeffizienten haben, hab ich doch weiter oben schon geschrieben. Die wirklich hohe Drift haben aber nur die infraroten GaAs Dioden.

Was Peltierkühlung angeht, damit hat ein Kollege von mir sich mal eingehend beschäftigt. Ich meine, er hätte mir erzählt, daß selbst mit Peltierstapeln jenseits von -60° Temperaturdifferenz nicht mehr viel zu holen wäre, selbst mit dicker Isolation. Wäre dann die Frage, wie bei dem Versuch die tatsächlich erreichte Temperatur gemessen worden ist. Und wo. Durch den Injektionsstrom heizt sich der Kristall ja ziemlich wirkungsvoll wieder auf. Und es wäre auch interessant, wie die Wellenlänge gemessen worden ist. Auge hilft in dem Bereich nicht, ist alles dunkelblau, selbst wenn die Wellenlänge wirklich um 8nm kürzer war.

Ich hab jedenfalls mit einer Kühlung um 10° außen an der Halterung nahe beim Sockel gemessen eine Drift von fast 1nm hinbekommen. Mehrfach nachgemessen mit einem 0.25m Ebert-Monochromator. Ein Farbunterschied war natürlich visuell nicht erkennbar.

[NiklasH]

... Schlaft ihr Leute auch mal ?

Es kann sein, dass der Viktor sich da mit dem Peltiers vertan hat, er hat ja weiter oben geschrieben, dass Planter das mit Flüssigstickstoff gemacht hat.

Der User "Planter" aus dem PL-Forum hatte mal eine rote Laserdiode mit Flüssig-Stickstoff auf "Orange" runtergeprügelt

Ein Link zu dem Thread wäre noch interessant.

LG Niklas

[VDX]

Hi Niklas,

... den post von Planter mit dem Runterkühlen mit flüssigem Stickstoff habe ich gesucht aber nicht mehr gefunden - der war aus der Zeit noch vor Trumps Wahl, als Planter sich als relativ aggressiver/diskussionsfreudiger Trump-supporter geoutet hatte ... danach habe ich lange nichts mehr von ihm gelesen

Das mit den -80°C per Peltier war ein relativ neuer post - derjenige probiert noch bis auf -100°C zu kommen ... das Problem ist tatsächlich die Isolierungs-"Effizienz", womit er ziemlich rumkämpft

Wenn du selber mal suchen willst - https://photonlexicon.com/forums/forum.php

Viktor

[medusa]

Ich habe, was physikalische Experimente auf Amateurebene angeht, ein paar Jahrzehnte Erfahrung und kann mir ungefähr zusammenreimen, was zu den sehr unterschiedlichen Bewertungen geführt hat. Sehen wir uns die beiden Varianten mal an.

(1) Rote Laserdiode mit flüssigem Stickstoff gekühlt
Bei flüssigem Stickstoff können wir eins schon mal sicher sagen: der siedet bei Atmosphärendruck bei 77°K, also ungefähr -200°C. Dabei spielt überhaupt keine Rolle, ob die Isolation schlecht ist, dann verdampft einfach mehr Stickstoff. Wir können also sicher sein, daß die Diode in jedem Fall ungefähr -200°C hat
Gehen wir jetzt von einer ganz gewöhnlichen Laserdiode auf InP Substrat mit einer Wellenlänge von um die 650nm aus, dann kommt mit der Temperaturdrift von InP von 0.15nm/°K bei 200° Temperaturdifferenz eine Wellenlängendrift von ca. 30nm zusammen. D.H, die Diode emittiert dann 620nm. Und das ist schon mit bloßem Auge deutlich als Orange zu erkennen.

(2) Blaue oder grüne Laserdiode mit Peltierstapel gekühlt
Bei einem Peltierstapel läßt sich leider keine sichere Aussage über die Temperatur machen. Gestehen wir aber den besten Fall zu, daß die -80°C wirklich erreicht wurden.
Die Dioden haben in diesem Fall ein Substrat aus GaN mit einer Drift von 0.1nm/°K. D.h., sowohl für blaue als auch grüne Laserdioden würde die Wellenlänge sich im besten Fall um 8nm verschieben.
Gewöhnliche grüne Laserdioden haben bei Normatemperatur ungefähr 520m. Gekühlt driftet das dann auf 512nm. Das ist immer noch grün.
Gewöhnliche blaue Laserdioden haben bei Normaltemperatur ungefähr 450nm. Gekühlt driftet das auf 442nm, was immer noch blau ist.
Wohlgemerkt, das ist im Fall der bestmöglichen Kühlung mit dem Peltierstapel schon so, bei Problemen mit Isolierung etc. wäre die Drift noch geringer.

Versteht ihr den Punkt? Ohne vernünftige Wellenlängenmessung oder so drastische Kühlung wie mit flüssigem Stickstoff wird der Unterschied gar nicht zu sehen sein.
Ich könnte mit vorstellen, daß eine blaue Diode bei -200°C vielleicht schon sichtbar violetter wird, jedenfalls wenn man den Spot mit dem einer warmen Diode direkt daneben vergleicht.

[VDX]

... die Frage ist dann wohl eher, wieviel mehr "UV" eine 405nm-Laserdiode wird ... und der Vorteil einer "Übersteuerung" bzw. mehr Strom als sonst gesund wäre

Viktor

[Hatschi]

Halli Hallo

Auch bei Grün kann man den recht gut erkennen was sich auch in einem Diagramm mit CIE-1976 und McAdams Ellipse zeigt.
Allerdings wird wohl bei dem shift von 650nm auf kleiner auch die grünen Zapfen im Auge aktiv wobei hingegen bei 520nm schon die blauen Zapfen mehr aktiv sind und der shift dadurch nicht so stark wahrgenommen wird.
Wie weit die Stäbchen mit ihren Maxima von etwa 500nm da bei monochromatischem Licht mit hinenspielen entzieht sich allerdings meiner Kenntnis.

Der Unterschied von 532nm DPSS zu 520nm LD war allerdings sehr deutlich wahrnehmbar, wobei hier wohl das gleiche gilt wie bei 650nm das bei 532nm die blauen Zapfen noch kaum aktiv sind.
Wie nennen Ar-Ion-Jünger das DPSS Grün? Pissgrün!

Hatschi

Frage in die Runde: Warum erscheint uns eine eigentlich dunkeblaue BluRay-LD mit ihren 405nm Violett?

[VDX]

... bei den 405nm (ich sehe sie als "intensiv-hellviolett/hellblau") kann ich mir vorstellen, daß die hohe Energie auch andere "Zäpfchen" anregt ... oder daß das schon die Effekte der "Photo-Vergiftung" sind, weil das "Komplementärbild" beim Blinzeln Gelb ist, was bei einer "Übersättigung" dann mit dem aktuell reinleuchtenden 405nm "interagiert"

Viktor