kleiner Nd:YAG - lohnt sich das?

[the_praiodanish]

Hallo erst mal,

bin auf der Suche nach ein paar Infos zu Nd:YAG auf euer Forum gestossen; ist echt eines der Besten *lob*!

Kurz zu mir: Ich studiere zur Zeit Elektrotechnik (bzw. sitze gerade an meiner Diplomarbeit) und bastle nebenher ganz gerne.
Mein erstes "ernsthafteres" Laserprojekt war ein 200mW - DVD-Brenner-Laser, der mittlerweile in meine Eigenbau-CNC-Anlage integriert ist und fleißig Kunststoff beschriftet (Konstantstromquelle + LD + Focuslinse aus Brenner-Pickup + Konstantstromquelle zum Bewegen der Focuslinse).
Das funktioniert auch nicht schlecht, aber auf Dauer finde ich die 200mW doch etwas mager...
Vor kurzem konnte ich von nem Kollegen günstig eine 4W 808nm Barrendiode ergattern, mit TEC und Monitordiode.
Habe mir jetzt einen Stromregler dafür gebaut und eine Microcontroller-Temperaturregelung.
Die Diode lässt sich CW mit regelbarem Strom (0..5,5A) betreiben; zusätzlich kann noch in den PWM-Pulsmodus geshcaltet werden, um die Leistung bei festen 5,5A über die Einschaltdauer zu regeln.

Ursprünglich wollte ich diese Diode focussieren und anstatt meiner 200mW-Diode verwenden, leider ist der Emitter der LD aber barrenförmig (ca. 2,5mm lang), so dass ich keinen Punkt hinbekomme sondern nur einen scharfen Strich.
Gibt es eine "einfache" Möglichkeit, den Strahl zu focussieren? Habe sowas mal mit mehreren Prismen gesehen, sieht aber sehr verlustbehaftet aus das ganze ...

Damit wären wir bei der eigenlichen Frage:
Mit 808nm würde sich die Diode gut eignen, um einen Nd:YAG-stab längs zu pumpen.
Einen AOM für 1064nm hab ich auch noch rumliegen ... meint ihr dass es sich lohnt, einen mit 4W CW gepumpten Nd:YAG-Laser mit Q-Switch aufzubauen?
Wäre dieser Laser dann wirklich besser zum Beschriften geeignet wie die 200mW CW oder ist der Gewinn durch den Güteschalter bei der kleinen Leistung eher marginal?

Wäre für eure Tipps dankbar,

Gruß Thomas

[the_praiodanish]

Hmm ... nachdem bis jetzt kein Feedback kam, habe ich mich entschlossen, das Projekt einfach mal in Angriff zu nehmen, da ich günstig an einen 5x60mm Nd:YAG-Stab gekommen bin.
Sollte es mit der 4Watt-Diode funktionieren, wird vielleicht ja auch was Größeres draus für "ernsthaftes" Materialprocessing...
Und ach die Laserschutzbrille ist schon auf dem Weg

Bin mal gespannt, ob das funktiniert!

[richardk]

Hallo Praiodanish

Nicht entmutigen lassen
Das bisher keiner dummes Gelaber von sich gegeben hat
zeigt das du ein sinnvolles Post geschrieben hast.

Ich nehme an, unser Yag Spezialist Didi (Pulslaser)
wird dir sicher was konstruktives schreiben.

Mein wenig Halbwissen in diesem Bereich sagt mir das es durch aus
sinn machen kann.

- Stahlqualität eines Yag ist deutlich besser als des reinen Dioden Barren.
- Die mittlere Leistung wird zwar durch LD -> Yag -> Werkstück
kleiner, jedoch hast du dank Güteschaltung eine respektable
Pulsleistung mit der man schon ganz schöne Material Bearbeitungen
realisieren kannst.

Such mal Post's von dem User Pulslaser... oder schreib Ihm mal eine PM.

btw. Mein Gefühl sagt mir, dass dein Stab 5x60mm etwas gross dimensioniert ist für
4 Watt Pumpleistung. (je nach Dotierung garantiert)

Da ich bisher in diesem Bereich noch nicht alle Physikalischen Vorgänge
verstanden habe, habe ich ein wenig nach Literatur von veröffentlichten
Forschungsprojekten zusammengesucht und dort Leistungsdichte pro m^3
mit einander verglichen vers. Dotierung.

Mach dich mal schlau, was du da für eine Dotierung hast
und wie du die benötigten Watt/m^3 Pumpleistung berechnest / auslegst.


Gruss Richard

[pulslaser]

Hallo Thomas,

RichardK liegt da schon richtig, ein Yag mit 5 x 60mm ist etwas zu groß für 4 Watt Pumpleistung. Wenn du ein DPSS System mit Güteschaltung zur Materialbearbeitung aufbauen möchtest dann schau mal hier im Forum nach bei dem Thema DPSS. Da findest du von mir zu genau diesem Thema Bilder und Daten eines solchen Systems.

Nur am Rande, darin verbaut sind 2 Fasergekoppelte Pumpdioden mit je 25 Watt die einen ND:YAG mit 4 x 5 mm speisen. Die Dioden werden mit max. 2,1V/36A betrieben, brauchen aber eine Wasserkühlung. Ausgangsleistung @1064nm ca. 30 Watt CW/ Q-Switch Betrieb: 100kW, 100ns, 60kHz, alles bei TEM00!! Kann man beeindruckende feine Ergebnisse in der Materialbearbeitung erzielen.

Gruß Didi

[the_praiodanish]

Hi,
danke für eure Tipps.
Ja, das System von Pulslaser habe ich mittlerweile auch entdeckt, sowas in der Art schwebt mir als "Final" vor, aber bis dahin wird es sicher noch ein langer Weg *auchhabenwill*
Aber jetzt da du schreibst dass der Kristall wirklich nur 5 mm lang ist ... hatte das Q-Switch-Gehäuse als Resonatorkammer interpretiert
Macht das einseitige Pumpen hier keine Schwierigkeiten ? Bei der Kristaöllgröße denk ich nicht, oder?
Der Kristallhalter scheint ja auch wassergekühlt zu sein.

Mittlerweile habe ich auch herausgefunden, dass mein Nd-YAG-Stab ziemlich ungeeignet für mein Vorhaben ist, wie auch RichardK geschrieben hat, da er
1.) 1,1%ig dotiert ist (==> nicht fürs CW-Pumpen, da wäre 0,6% besser)
2.) er vieeeeel zu lang ist; habe hier nen interessanten Post gefunden laut dem ein 4x50mm Stab selbst bei 2x300 Watt QCW nicht über die Laserschwelle zu bringen war.
Kann ihn ja absägen ^^ hat dann bestimmt super optische Eigenschaften an der Trennfläche
Na ja immerhin hab ich den Stab quasi für Lau bekommen.

Nochmal kurz zur Ausgangsleistung:
Ohne Q-Switch ist das Verhältnis P808nm : P1064nm ca. 50%,
mit Q-Switch sinkt die mittlere Leistung relativ zur CW-Pumpleistung auf ca. 25% (auch wenns wenig Sinn macht die Q-sw Leistung mit CW zu vergleichen, nur zum Verständnis).

Stimmen meine Folgerungen so halbwegs?

Gruß Thomas

[pulslaser]

Aber jetzt da du schreibst dass der Kristall wirklich nur 5 mm lang ist ... hatte das Q-Switch-Gehäuse als Resonatorkammer interpretiert
Macht das einseitige Pumpen hier keine Schwierigkeiten ? Bei der Kristaöllgröße denk ich nicht, oder?
Der Kristallhalter scheint ja auch wassergekühlt zu sein.

Schau den Resonator nochmal genauer an. Er ist beidseitig gepumpt. Geht bei einem Z-Resonator relativ einfach und es stimmt, der Halter ist auch wassergekühlt.

Nochmal kurz zur Ausgangsleistung:
Ohne Q-Switch ist das Verhältnis P808nm : P1064nm ca. 50%,
mit Q-Switch sinkt die mittlere Leistung relativ zur CW-Pumpleistung auf ca. 25% (auch wenns wenig Sinn macht die Q-sw Leistung mit CW zu vergleichen, nur zum Verständnis).

Stimmen meine Folgerungen so halbwegs?

Gruß Thomas

Kann ich so in etwa unterschreiben nur sind bei der Materialbearbeitung hohe Puls - Peakleistungen nötig damit mit jedem Puls ein präziser Materialabtrag erfolgen kann. Die mittlere Leistung beträgt dabei schon etwa 50% der CW Leistung ohne Switch (Resonator im Normalbetrieb) bzgl. @1064nm, ist aber zweitrangig denn ich kann z.B. mit 200mW QCW Q-switched Stahl abtragen, bei 10W CW gut gebündelt fängt Stahl so langsam an zu schmelzen, ab ca. 1kW ebenfalls gut gebündelt verdampft es dann auch aber nicht mit dem selben hervorragenden Ergebnis wie im Gütegeschalteten Betrieb.

Gruß Didi

[the_praiodanish]

Danke für die Info
So langsam hab ich glaub ich verstanden was ich genau brauche um etwas in die Richtung selbstzubauen ...
Muss dazu sagen dass ich das Vergnügen hatte, an einem Nd:YAG mit 10W CW experimentieren zu können (leider ohne Q-Switch und Blitzlampengepumpt); seitdem ist der Wunsch gereift, sowas im Eigenbau zu versuchen (kaufen ist ja langweilig und teuer).

Eine Frage noch @ Pulslaser: auf deinen Bildern von dem DPSS befindet sich links der Nd:YAG, dann kommt der AOM und dann kommt so ein "eingekasteter" Bereich, nachdem die Auskopplung kommt. Da sitzt seitlich auch noch eine Platine drauf. Befindet sich darin lediglich der Auskoppelspiegel oder ist da noch ne Leistungsmessung oder so verbaut?

Das mit dem von oben und unten gepumpten Kristall hatte ich glatt übersehen; hatte mich schon gefragt, wo die Fasern der Pumpdioden wieder auftauchen

@RichardK: Hast du dein Projekt mit dem LD-gepumpten Nd:YAG-Stab schon angepackt? Funktionierts?
Hast du eine Bezugsquelle für LD's im bereich 25..50W ?

[goamarty]

Wie kann ein Blitzlampengepumpter Laser CW (10W) haben?

[the_praiodanish]

sorry die 0 war zu viel ^^ aber mit entsprechend viel Eingangsleistung und ner guten Kühlung wäre das sicher denkbar

[pulslaser]

Thomas, was goamarty meint ist, dass ein Pulslaser (Blitzlampengepumpt) niemals im CW-Betrieb laufen kann. Deshalb ist hier die Angabe "CW 10Watt" fehl am Platz. Was du sicher gemeint hast ist eine mittlere Leistung bei einer Pulsfrequenz x Hz und die kann durchaus 10 Watt oder mehr sein. Mein TP124 ist z.B. angegeben mit 125Watt mittlere Leistung. Dabei kann ein Puls bis zu 6kW haben. Kommt eben auf die Pulsdauer, Pulsleistung und Pulsfrequenz an.

Der Aufbau des DPSS ist folgendermassen: von links kommen die beiden Pumpfasern, mittig dazwischen sitzt der HR-Spiegel und eine Modenblende, dann senkrecht der Yag-Kristall, rechts davon der AOM, danach der OC, weiter rechts dann eine Strahlaufweitungsoptik und Shutter mit Leistungsmessung. Der Shutter und die Optik werden von einem Schrittmotor bewegt. Dadurch kann die Fokuslage am Strahlausgang leicht verschoben werden. Bei diesem Laserkopf kann direkt ein Scanhead angeflanscht werden. Die bewegliche Z-Achse ist sozusagen schon mit eingebaut wodurch 3D Objekte realisiert werden können. Finde ich sehr hilfreich.

Gruß Didi

[the_praiodanish]

Also auf jeden Fall hatte der Laser an der FH genügend Leistung um Material zu beschriften, stimmt, das war aber gepulst; evtl war ein passiver Güteschalter drin, da bin ich mir nicht mehr sicher, aber definitiv kein AOM (habe hauptsächlich mit den Halbleiter-Strahlquellen gearbeitet; die Nd:YAG-Kiste stand mehr zur Deko rum weil es eine riesen Aktion war das gerät in betrieb zu nehmen wegen der Wasserkühlung, die immer abgelassen werden musste damit nichts auslaufen kann).

Interessanter Aufbau an deinem DPSS; denke das wird bei mir etwas einfacher ausfallen, aber das was du schreibst klingt auch nach einer beeindruckenden Strahlqualität!