ALC909 und die "Kerr-Zelle"

[medusa]

Hi Freaks,

heute, beim turnusmäßigen Lauf einer der größeren Ionenröhren, hab ich mit der unbekannten Zelle aus dem Monochromator (siehe diesen Beitrag: http://www.laserfreak.net/forum/viewtop ... 14&t=54847) folgende interessante Beobachtung gemacht:

alc909+kerr.png

Vielleicht kann Undine dazu was sagen? Offensichtlich ist diese Zelle (Kerr oder FPI oder was auch immer) doch durchsichtig. Nicht für die Sonne, aber für ungefähr 70mW @ 514nm Argon.
Wenn man die Zelle etwas verdreht, verschwindet der grüne Punkt auf der grauen Rückseite aber sehr schnell. Der Durchlaßbereich beträgt geschätzt etwa nur +/- 5 Grad.

Auf dem Bild ist auch zu sehen, wie ich darauf gekommen bin. Als ich letzes Jahr meinen zweiten 909 erworben habe, waren noch die Trägerplatten an den Resonatorstangen. Eine hat einen mechanischen Shutter drauf - sehr nützlich, wenn man die Schaltspannung kennt, auf dem Bild betätige ich ihn mit der Hand, weil ich die nicht kenne. Die zweite Platte trägt einen schwenkbaren Filter, der die 514er Line isoliert, wie ich bei dieser Gelegenheit herausgefunden habe.
Das dicke Rohr vorne dran ist - soweit ich weiß - die Aufnahme der Fasereinkopplung. Ich hab bei dieser Gelegenheit mal mit alledem rumgespielt. Taugt doch zu was, wenn man die Stangen NICHT absägt.

<Abschweifung an>
Die Form dieses dicken schweren Rohres hat meinen beiden Mädchen auch ihre Namen eingebracht: nach zwei mittelalterlichen Riesengeschützen nenne ich sie die "Dulle Griet" und die "Faule Mette". Beide sind in der Tat auch viel zu schwer, um sie irgendwohin mitzunehmen, es dauert mit meinen Labormodulen Ewigkeiten, sie aufzubauen, anzuschließen, die Schläuche abzudichten, etc. pp. Allerdings verteidige ich mein Heim nicht mit ihnen. Und eingeschmolzen werden sie auch nicht, auch wenn ich sie nur selten "abfeuere".
<Abscheifung aus>

Ok, BTT: Undine, sagt Dir das was über die ominöse Zelle?

~medusa.

[undineSpektrum]

Hi Medusa,

Schön wieder von Dir und auch dieser Zelle zu lesen... ich habe mich schon gewundert ...

ich wusste es doch ... transparent ist die, seltsame unbekannte Zelle... im Prinzip habe ich ja das auch vorgeschlagen, da mal mit dem Laser draufzuleuchten.
Die "Faule Mette" ( bei mir auf der Arbeit müssen alle über diese Bezeichung für Deinen Argonlaser lachen - mich erinnert das an den ersten Weltkrieg, da gab es die "Faule Magd" .... das war ein gefürchtetes Geschütz, das die eigenen Schützen traf ... )
ist die "linear polarisiert" ?

Um zuentscheiden ob es eine elektroptische Zelle ist: Kannst Du verschiedene Linien mit dem Laser erzeugen? Ich denke doch, ich sehe doch da hinten schon das Geradsichtprisma liegen...
Also : Schicke mal das ganze Linienensemble durch die Zelle und spalte es mit dem Geradsichtprima auf. Was ist dann auf der Wand zu sehen? Wie unterscheidet es sich von dem Spektrum "ohne Zelle" ...?

Vorhersage:
Wenn sämtliche Linien des Argonlasers zu sehen sind, dann ist das eine Elektrooptische Zelle wie Du es richtig vermutet hast. Allerdings keine Kerr-Zelle, sondern eine sog. Pockels-Zelle, die erzeugt eine Doppelbrechung die direkt proportional zur elektrischen Spannung ist. Ist trotzdem ein wertvolles Gerät - es erzeugt Phasen- und Amplitudenmodulation von Lichtwellen - je nachdem ob mit Polfilter oder nicht - damit ist z.B. die Audio- und Datenübertragung möglich.

Wenn aber nur eine Linie - nähmlich die von 514 nm zu sehen ist - dann ist es ein Scanning-Fabry-Perot-Interferometer.
Dann hast Du eines der Spektrokope mit der höchsten Auflösung überhaupt und kannst das Modenverhalten Deiner Gaslaser (Laserdynamik) direkt beobachten. ( Mit angelegter Spannung natürlich ... )

Das würde ich an Deiner Stelle mal ausprobieren...

Das Linienspektrum auf der Wand habe ich in einem anderen Thread von Dir gesehen... das wollte ich Dir schon zum testen dieses Gerätes vorschlagen.

Jedenfalls kennen jetzt dadurch - und vor allem durch Deine Bezeichnung "Faule Mette" ( ich find das sooo lustig! ) meine ganzen Arbeitskollegen Deine Website und haben jetzt auch ein bisschen Interesse für diese Technologie gefunden ...

Grüße,

Undine

[medusa]

Liebe Undine,

sehr schön, daß die Dulle Griet (die auf dem Bild) für Erheiterung gesorgt hat. Die Faule Mette kommt noch dran, wenn ich mit dem Kr-Laser (Lady in Red, leider singleline 647nm) für diesmal fertig bin. Ich werde die von Dir vorgeschlagene Messung in jedem Fall machen, danke für den Tip.

Die "Faule Mette von Braunschweig" hab ich deshalb als Namenspatin ausgewählt, weil ich nicht weit davon geboren wurde. Viele der mittelalterlichen Bronze- oder Eisenkanonen hießen "faul", weil man sie aufgrund ihres enormen Gewichtes so selten aufbaute und abfeuerte - die lagen halt die ganze Zeit nur faul in einer Scheune 'rum. Nomen est Omen, auch bei Lasern.
Die echte Faule Mette schoß nur 12mal in 500 Jahren, schau mal bei Wikipedia nach. Sie wurde dann im 18. Jhdt. eingeschmolzen.
Selbiges gilt für die Dulle Griet, die allerdings noch heute in Gent zu bewundern ist. Ist glaub ich die nächste zu meinem jetzigen Wohnort, deshalb und weil ich den Namen schon als Kind lustig fand, hab ich sie ausgesucht.

Grüße an Deine Kollegen, und ein Bild von der Faulen Mette gibts dann natürlich für extra euch auch noch.
~medusa.

[medusa]

Kurze Zwischenmeldung:
so ungefähr 30mW 647nm gehen auch durch, aber interessanterweise erst bei deutlich gekippter Zelle.
Der reflektierte Strahl ist von Beugungspunkten umgeben (?).

Die Laser sind alle mit externen Spiegeln und Brewstern in der Röhre, also polarisiert, ja. Später noch mehr.

~m

[undineSpektrum]

Aha,....

bei deutlich gekippter Zelle ... ?
riecht nach FPI ... aber es kommt ja noch mehr von Dir, Du bist ja noch nicht fertig. Mal sehen... Bleibe jedenfalls dran.

Grüße

Undine

[medusa]

Faule Mette (Undine & Friends special edition):

So zuerst mal etwas für die Romantiker unter uns...

faule_mette.png

Das ist die Faule Mette in der Gesamtansicht,

faule_mette_beam.png

... und hier kommt es aus vollem Rohr geschossen!

[medusa]

Ok, nach dem Fun-Part kommen wir mal zur Wissenschaft. Die Zelle bleibt rätselhaft. Den Multiline-Strahl trennt sie leider nicht auf bzw. filtert nicht selektiv. Wenn blaugrün durchgeht, dann komplett alle Linien auf einmal. Ich hab für das Photo das Prisma zwischen Zelle und Laser gestellt, man erkennt leider trotzdem nur schwer, daß der Spot auf der Rückseite der Zelle einen grünen und einen blauen Rand hat. Das zweite Bild zum Vergleich ohne Prisma. Durch Prisma/Spektroskop betrachtet hat der Spot in diesem Fall aber genau die Linienanteile, die der Laserstrahl auch ohne alles davor hat.
Auf dem zweiten Bild sieht man auch die Beugungspunkte, die mit der Reflexion an der Vorderseite auftauchen. Was immer das ist, es hat eine Struktur innen, die (auch) als Gitter arbeiten kann.

Liebe Undine, ich werde immer ratloser mit diesem Ding. Die mattgraue Rückseite macht Experimente damit leider auch nicht einfacher.

EDIT: hab ich vergessen zu schreiben, Output auf den Bildern sind etwa 320mW, die i.w. je zur Hälfte in die 514 & 488nm-Linien gehen. 496 und 476nm sind auch dabei, aber eher unter "ferner liefen".

~medusa.

spot1.png

spot2.png

[undineSpektrum]

Hi medusa,

erstmal Danke für die schönen Bilder von dem Gesamtaufbau. Ja so in der Art dachte ich das auch, nur hätte ich das Prisma hinter der Zelle angeordnet.
Aber : Weil die Optik in diesem Aufbau ja im Wesentlichen linear ist und eine Vertauschung der Übertragungsfunktionen der Bauelemente damit keine Auswirkung auf das Gesamtergebnis hat, sollte sich so dasselbe ergeben, wie Du es beobachtet und beschrieben hast.
Ich habe Deinen Bericht dazu bereits Durchgelesen und möchte Ihn zusammenfassen:
Du beobachtest
- keine spektral selektive Filterung des Bauteils ( das gesamte Multiline-Spektrum passiert die Zelle )
(Das Spektrum sieht also genau so aus / Bild aus einem anderen Deiner Beiträge entnommen... ):

Linienspektrum1.jpg

- Vor der Zelle sind irgendwelche Mehrfach-Reflexe des gesamten Multiline-Spektrums zu beobachten...die sind nicht spektral aufgefächert...
Habe ich das richtig wiedergegeben?

Dann scheidet ein FPI ( also ein Fabry-Perot-Interferometer ) wie wir beide wissen völlig aus - ich habe mich geirrt. Soll vorkommen.
Hier wäre eine deutliche spektrale Filterung zu beobachten gewesen. Dem Alter des Gerätes nach zu urteilen (1967) ist das keine Sonderanfertigung mit beschichteten Spiegeln, die auf das FPI-Prinzip "zufällig" auf das Spektrum des Argon-Lasers zugeschnitten sein könnten - ein "coating-design" solcher Art existierte damals noch nicht.
Ergo : Du hattest mit der Kerr-Zelle oder Pockels-Zelle also recht. Gratuliere!
Ich würde Dieses Gerät als eine Pockelszelle einstufen, aber auch das kann falsch sein.
Zumindest würde das die regelmäßigen Mehrfachreflexe und die Undurchsichtigkeit im Sonnenlicht erklären... es gibt Anordnungen von Pockelszellen, die bestehen aus vielen Einzelzellen hintereinander... und da entstehen massenweise optische Oberflächen an denen Reflexionen auftreten können... so ähnlich wie an dem Linsensystem z.B. eines Teleobjektivs... (wegen der Anti-Reflex-Beschichtung meistens nur im roten oder violetten Spektralbereich sichtbar...!)
Dieses Gerät ( gilt allerdings auch für eine Kerr-Zelle ) ist deshalb weitgehend undurchsichtig im normalen Licht, weil die Zelle im "normal white mode" auf das Laserlicht wirkt, wenn dieses linear polarisiert ist. Du schreibst ja, dass Deine Röhre Brewster-Fenster hat... da kommt einfach zu wenig Strahlungsleistung in der Richtung des "normal white mode" aus dem unpolarisierten Sonnenlicht durch...
Du hast mit dem Argon Laser (Faule Mette... ) den "normal black mode" getroffen... Polfilter und Polarisationsrichtung des Lasers stimmen überein... deshalb die Durchlässigkeit in dem kleinen Winkelbereich -> Brewster-Gesetz.

Leider sind das alles nur Vermutungen. Es ist halt schwer so ein unbekanntes Bauteil ohne Hinweise zu bestimmen.

Als nächstens würde mich interessieren, wie das Gerät bei angelegter Spannung reagiert. Ich denke es handelt sich um Spannungen im Bereich einiger hundert Volt bis einiger Kilovolt -> typische Spannungen für solche Zellen.
Bei Dir steht bestimmt noch ein solches Netzgerät herum das Gleichspannungen bis ca. 1500 Volt erzeugen kann ... oder?
Doch Vorsicht dabei: Gut ist es wenn Du die Anschlusswerte kennst bzw. diese eingrenzen kannst -> Dokumentation zum Ebert - Monochromator, manchmal auch am Gehäuse o.ä. ...
Ansonsten würde ich das Gerät mal in den undurchlässigen oder durchlässigen Zustand einstellen, am besten bei einer Wellenlänge und die Spannung an den Drähten erhöhen bis sich der Lichtfleck auf der Wand oder Schirm verändert... -> Bestimmung der Halbwellenspannung durch Transmission der Zelle. Meistens liegt bei solchen Geräten die Spannung an einem schwarzen und einem roten Kabel - rot für "+" und schwarz für "-" ... jedenfalls bei Gleichspannung.
So kenne ich das Jedenfalls.

Trozdem noch viel Spass mit weiteren Experimenten... und über "Faule Mette" habe ich mich immer noch nicht "beruhigen" können...

Grüße,

Undine

[medusa]

Liebe Undine,

wir haben eine wichtige Sache außer acht gelassen. Was immer das ist, es könnte auch schlicht und ergreifend kaputt sein.

~m.

[undineSpektrum]

Hi medusa,

wie wahr,wie wahr... denn es wurde ja noch nie elektrisch betrieben...
Wie Du ja weisst können wir das für eine Optik ja weitgehend nach den bisherigen Test ausschließen. Was soll den kaputt sein? Das schlimmste währe bei einer Kerr-Zelle von 1967 dass das Nitrobenzol irgendwie raus ist...
Eine Pockelszelle arbeitet mit Festkörpern und ein FPI ist - seiner unglaublichen Empfindlichkeit zum Trotz - quasi unkaputtbar ... "kannst Du werfen aus Fenster ..."
Du würdest den Schaden an diesen Bauteilen dann deutlich sehen.
Elektrotechnische Probleme hast Du ja noch nicht überprüft... Oder wie siehst Du das?

Ich schlag einfach mal vor, diese Zelle an den beiden Drähten "schwarz-rot" mit einer elektrischen Spannung zu versorgen und der hindurch tretende Licht zu beobachten.
Bei Zweifeln an der Verkabelung einfach mal in den Versorgungskasten mit dem roten Blitz drauf schauen... ggf. die Spannung daran messen... die sollte auch halbwegs Lastfrei angeschlossen gewesen sein... alle diese Geräte ( von dem wir vermutet haben was es sein könnte im Zusammenhang mit einem Ebert-Monochromator ) verhalten sich ja im Wesentlichen wie Kondensatoren.

Sollte dann da nichts passieren könnte das Ding wirklich kaputt sein.

Andere Frage : Dein riesengroßes Geradsichtprisma da auf dem Tisch ist beeindruckend... es muss eine hervorragende Auflösung haben... meine sind alle nur "Daumengroß"... Verrätst Du mir woher Du es hast?

Und die "Faule Mette" ( !) geht mir gar nicht mehr aus dem Kopf... (she´s so crazy, she´s so lazy... keeps on coming, keeps you running... )
ich glaube das beschreibt es treffend, was dieses Gerät manchmal so fordert... oder?

Grüße Dich,

Undine

[medusa]

Na wenn die alle so unkaputtbar sind...
Nitrobenzol ist garantiert nirgendwo rausgelaufen, den Geruch kenne ich noch gut. Habe in meiner Jugend allerlei garstige Dinge mit Chemie angestellt.

Die Kaskade zu der Zelle habe ich noch, allerdings noch keine Zeit, sie in Betrieb zu nehmen. Hauptsächlich wollte ich die Spannung für eine Photomultiplier-Röhre damit erzeugen, aber natürlich nicht exklusiv. Muß leider noch was warten.

Die Faule Mette ist übrigens ein Argonlaser, deswegen trifft das Bild oben nicht ganz zu. Aber natürlich kann ich da auch mal einen meiner WL-Laser durchballern lassen. Die haben nur nicht so schöne Namen.

LG ~medusa.

PS. Das Amici-Prisma habe ich mal als Dreingabe bekommen, als ich meinen HeCd von einem Freak gekauft habe. Zusammen mit einem uralten riesengroßen HeNe.
40x40 mm, hab ich so bisher auch noch nicht gesehen.

[undineSpektrum]

Hi,

na dann ist ja alles klar - es ist eine kaputte Kerr-Zelle... was sonst enthält den Polarisatoren und ( inzwischen nicht mehr vorhandenes ) Nitrobenzol?
Du schreibst ja:
Zitat anfang...

Nitrobenzol ist garantiert nirgendwo rausgelaufen, den Geruch kenne ich noch gut. Habe in meiner Jugend allerlei garstige Dinge mit Chemie angestellt.

Zitat ende...

daher meine ich das...oder?

Off Topic:
Ja, das Nitrobenzol ( manche nennen es Bittermandelöl ) war ja mit dem um 1980 erhältlichen Kosmos-Chemie C1 herstellbar... nach der Anleitung zur der Prof.Dr. Alfred Butenand sein Geleitwort gegeben hatte ...
Bei Leybold-Didactic gibt´s auch noch einen Versuch zur Kerr-Zelle die Nitrobenzol benutzt. Als Lichtquelle wird da ein Scheinwerfer / Reuter-Lampe mit Farbfilter verwendet...
Off Topic ende...

Im Prinzip ist das Ding dann ein Hohlraum zwischen zwei Polarisatoren auf ggf. Glasträgern. Deshalb ist der polarisierte Lichtstrahl auch nur unter einem sehr kleinen Winkel durchlässig - wenn es so ist wie Du es beschrieben hast.
Schade dass wir nicht früher auf den Geruch nach Nitrobenzol gekommen sind - das hätte vieles erleichtert.

Grüße,

Undine

[medusa]

Undine,
hab ich das so mißverständlich geschrieben? Es riecht nicht nach Nitrobenzol, und es ist nichts rausgelaufen... k.A. ob das was drin ist...
Ich werde noch mit WL-Laser messen, vielleicht bringt das noch Erkenntnisse

~m.

[undineSpektrum]

Hi,

nein, nur ich habe anscheinend das kleine "n" in "nirgendwo" überlesen... oder das irgendwie anders verstanden...

Denn Du hast ja geschrieben:
Zitat anfang...

medusa hat geschrieben:Nitrobenzol ist garantiert nirgendwo rausgelaufen, den Geruch kenne ich noch gut. Habe in meiner Jugend allerlei garstige Dinge mit Chemie angestellt.

Zitat ende...

Hab es nochmal drübergelesen... stimmt, Du hast recht... war ein bisschen viel los hier die letzten Tage. -> Arbeit... Aber das ist keine Ausrede!
Dennoch : Wenn da irgend ein Hinweis auf Nitrobenzol ist ( Du schreibst Ja es ist nichts ausgelaufen ) dann könnte es auch die zuletzt beschriebene Pockelszelle oder eben doch eine Kerr-Zelle sein.

Was wir aufgrund Deines Tests aber sicher ausschließen können ist ein FPI oder Etalon u.ä.
Zitat anfang:

hab ich das so mißverständlich geschrieben?

Zitat ende...
Keine Sorge... es liegt an mir.
Leider zündet mein Geist manchmal schneller als er wahrnimmt... ich befinde mich dabei nach dem Evolutionswissenschaftler van Aalen "Am Hof der roten Königin" - so nannte er diesen Zustand 1973...und deshalb habe ich das wohl falsch verstanden. Oder anders : Eine Stellungsnahme sollte ich vielleicht mal genau lesen bevor ich meinen Senf zu etwas gebe - ein Zeichen menschlicher Dummheit...
Und vielleicht auch mal "auf-hören" ... ! Im wahrsten Sinne des Wortes... oder?

Entschuldige.

Grüße,

Undine

[medusa]

Liebe Undine,

nein, ich finde das ok so. Es geht mir nämlich ganz genauso, allerdings eher mit dem gesprochenen Wort. (Frag mal meine Frau... ) Schriftliche Beiträge lese ich meistens mehr als eimal Korrektur, obwohl ich im Eifer des Gefechtes in der Mittagspause auch schon reichlich Dinge überlesen habe. Du kennst das sicher: etwas rastet im Hirn ein, und dann ergibt auch mehrfaches Lesen eine extrem selektive Wahrnehmung.

Ok,... ich hab die ominöse Zelle noch vor einen meiner Weißlichtlaser gestellt. Ergebnis ist genauso. Weißer Spot (647/568/488+476nm etc) geht durch, durch das Prisma betrachtet sind alle Farben vorhanden. Und die zurückgespiegelten Beugungspunkte natürlich schön in RYB aufgefächert.
Die nächsten Versuche gibt's dann mit der Kaskade. Oder, -- wie spannungsfest sind Pockelszellen eigentlich...?

LG ~medusa.

[undineSpektrum]

Hi medusa,

danke nochmal für Dein Verständnis.

Zur Pockels- und Kerrzelle :
Die Halbwellenspannungen liegen bei einem Element im Bereich einiger hundert Volt ( typisch sind etwa 500 - 600 Volt ) bei z.B. der Wellenlänge von 632.8 nm, bei der Kerr-Zelle liegen diese etwas höher - allgemein im Bereich einiger Kilovolt. Typisch sind 2000 - 3000 Volt für Kerrzellen. Allerdings : Das hängt immer etwas vom Aufbau und der Zellgeometrie der Zellen (Elektrodenabstand u.ä.) und vor allem von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab -> Dispersion der Doppelbrechung.
Und genau nach diesen Spannungswerten sieht mir deine Spannungsversorgung auch aus ... ist das einer Greinacher-Schaltung? ( Du nennst sie "Kaskade" - deshalb die Frage... )
Alles in Allem vertragen diese Zellen einige Kilovolt Gleichspannung ohne dass es zu Durchschlägen ( Feldstärken über 3.6 Millionen Volt pro Meter ) kommt...
Zu Deine Info hier nochmal einige Links für Dich zu Versuchen mit Kerrzellen und Pockelszellen die ich beide auch hier bei mir im Inventar stehen habe. Ich untersuche Ihre Eigenschaften auf Licht aus kontinuierlichen Spektren größerer Breite... Die Messungen mit der Kerr-Zelle bei Leybold in Hürth wurden zudem von mir gemacht - Bestimmung der Halbwellenspannung und der Kerr-Konstante für unterschiedliche Wellenlängen aus der HBO und einer XBO - Höchstdruckleuchte. Es war die Anwendung eines neuen Interferenzfiltersatzes.
Links zur Kerr-Zelle und Pockelszelle:
http://www.ld-didactic.de/literatur/hb/d/p5/p5451_d.pdf
http://www.ld-didactic.de/documents/de- ... 5441_d.pdf
Ich habe diese Zellen auch immer zu Demonstration in der Vorlesung zur Angewandten Optik benutzt - elektrisch erzeugte, wellenlängenabhängige Dispersion bei thermischen Spektren - das Thema wird von fast niemandem mehr behandelt.

Etwas hat mich an Deiner Beschreibung der Zelle doch noch sehr beschäftigt:
Die Reflexionen, die so wirken wie ein optisches Gitter... ich frage mich wozu die gut sein sollen und ob da noch ein zusätzliches Gitter verbaut ist oder ob es sich um die Elektrodenstruktur handelt. Letzteres war ja 1967 noch völlig unüblich, zumal die Flüssigkristallzellen erst seit 1969 / 1971 entwickelt wurden und Verbreitung fanden. Das finde ich schon sehr seltsam...

Ausschließen können wir jedenfalls das FPI - das hätte eine andere Transmission ergeben, als das was Du beobachtet hast.

Naja, ... Bin jedenfalls gespannt was passiert wenn die Zelle an die Hochspannung angeschlossen wird.

Grüße,

Undine