unlineare Verhaltensweise bei CNI 532nm 500mW

[darkblue]

Hallo und besten Dank vorab mal an alle versierten Lasertechniker für die Betreibung, Bereicherung und den vielseitigen Informationsfluss dieses Forums.

Seit ein paar Wochen bin ich im Besitz eines 500mW CNI 532nm DPSS. Der Spannungseingang (Modulationseingang 0-5VDC) verhält sich im Verhälzniss zur ausgegebenen optischen Leistung überhaupt nicht proportional. Bei etwa 2.5V steigt die optiche Leistung massiv, bleibt dann bis ca 4V fast dort stehen und hebt sich zu 5 V nochmals ein wenig. Ist dieses Vehalten normal bei dieser Preisklasse? Besteht die Möglichkeit dies am Treiber zu linearisieren oder muss das Teil zu CNI zurück..?

MFG und besten Dank für eure Hilfe.

PS: Ich hätte noh eine ALC 68 Röhre in funktionstüchtigenm Zustand günstig abzugeben. Weiter wäre dazu noch ein Meditec NT, welches jedoch nicht funktioniert, könnte allfällig als Ersatzteillager verwendet werden.

[guido]

Hallo,

völlig normal. DPSS sind nicht annähernd linear und kommen erst im
letzten drittel der Pumpleistung. Je stärker desto besser zu sehen.

Kann nur per Software linearisiert werden wie es z.b. Pango macht.

[lucas]

mal bisschen Offtopic:
Kann man das mit ner kleinen Schaltung (Regelkreis) mit Optischen Sensor nicht auch erschlagen? Dann wird per Hardware Linearisiert. Einmal maximum und minimum einkalibrieren und los gehts.

[floh]

klar kannst du das. Es wird den Laser aber träger machen.

[Hatschi]

Halli Hallo

Dazu hätte es ja einmal ein Projekt für RGB geben sollen, wurde leider nix daraus.

Hatschi

[tschosef]

hai hai...

könnte denn jemand nen "detektor" basteln... am besten sollte dieser von wenig leistung bis Viel leistung möglichst linear messen, und dann per USB und DLL verwendbar sein, so dass ein Programm, von dem Detektor die Werte lesen könnte.

dann währen kleine routienen machbar... zB "Linearisierung und Farbabgleich"...
Die Linearisierungs routiene macht nen Soll ist vergleich... fährt also die 8 Bit langsam hoch (also 0 bis 5 volt) und erfasst die tatsächliche Leistung (nacheinander für Rot, grün und blau).

Dann stellt der user noch Weiss ein... fertig.... Die Tabelle währe in der software (hat eh so gut wie jedes Programm, wenn ich mich nicht irre).

Was fehlt, is die Hardware.... laser auf Detektor ==> USB ==> DLL

Es gäbe (hab ich mir mal an geguckt) auch "Farbsensoren", die gleich das Verhältniss von Rot grün und blau aus spucken (mit DLL). währe auch interessant.. man könnte dann sagen "Software, Stell 4600 kelvin Weis ein!"....
ABER leider is das teil nicht grad billig.

Größtest Problem (denk ich) is der gewaltige Leistungsbereich, den das teil ab können müsste (von 0 bis 100erte mw bis hin zu Watt)


grüße derweil
erich

[Dr. Burne]

Hi,

das Problem ist, dass die Kennlinie je nach Modulationsfrequenz und Scannpausen ständig variiert.
Grob könnte man es mit ner starren Tabelle verbessern, aber im Detail wirds wohl zu schwierig, Pangolin hat da ein paar Routinen in dem Assistenten, das ist aber auch weit von nem AOM entfernt.


Gruß Stefan

[tschosef]

hai hai..

@ Steffan... das is mir bewusst.. trotzdem is vermutlich eine " grobe anpassung" besser als garnix.
Das "tool" müssten dann sowiso den laser moduliert betreiben, so dass "in etwa" die realen Betriebsparameter erreicht werden.

dass man nen Weisabgleich zB nicht mit CW Betreib machen kann, hab ich auch schon gelernt

Das teil (der Sensor) müsste also einen "Mittelwert" bilden, wenn moduliert wird.

Grüße
erich

[pulslaser]

klar kannst du das. Es wird den Laser aber träger machen.

Hi, wie schnell müssen denn eure Laser sein um die Grafik richtig darzustellen? Ich weiss, dass z.b. bei Lasern der Fa. Trumpf und bestimmt auch bei anderen die Leistung am Werkstück in Echtzeit geregelt wird. Die Maschinen können sogar Pulsforming das heisst, man kann selbst bestimmen wie ein Einzelimpuls von z.b. 200µs Dauer vom Leistungsverlauf her aussehen soll. Dazu kann man einige "Stützpunkte" definieren die miteinander grafisch verbunden sind. Die Leistung folgt somit genau dem Kurvenzug. Benötigt wird diese Funktion um beim Schweissen optimale Ergebnisse zu erhalten. Anfangs muss man viel Leistung aufwenden um ein Schmelzbad zu bekommen, danach steigt die Apsorptionsrate und man kann mit weniger Leistung das Schmelzbad flüssig halten.

Die Regelung dafür ist natürlich sehr aufwändig aber auch sehr schnell. Eingeregelt wird im µs Bereich.

Gruß Didi

[floh]

Die gängigen Showbereichs Laser werden wohl nicht ganz so schnell reagieren. Ausser der Treiber ist extra auf solche Spiele optimiert.
Da müsste mal jemand mit einem Oszi, einem Frequenzgeni und einer schnellen Fotodiode ausmessen wie schnell ein DPSS reagiert.

[dj_richu]

Wäre es nicht billiger und einfacher einen AOM zu benutzen und den grünen dpss CW laufen zu lassen?

Da würde die Ausgangsleistung (bei korrekter Temperaturstabilisierung) konstant bleiben, so dass nur der AOM moduliert...

Ansonsten ist die Idee eines Sensors+Programm nicht schlecht.. Frage nur: wie lange würde die Entwickelung dauern?

Wenn man Zeit hat (und Geduld) kann man es ausprobieren.. wenn man aber so schnell wie möglich einen brauchbaren dpss benutzen will, würde der AOM die einfachste Lösung sein..

Einziges Problem: die 10% Verlust die an jeden AOM hängen bleiben

[tschosef]

Einziges Problem: die 10% Verlust die an jeden AOM hängen bleiben Confused

ob 10% reichen? da bräuchte man schon Aom für die jeweilge Wellenlänge passend.

Wegen "Modulationsverhalten". da hatten wir mal nen Thread, es ging um Treiber und deren parameter. Da hatte ich ein paar laser vermessen. den müsst ich mal suchen....

fakt is.... die angaben von herstellern sind meist Traumangaben. Selbst die Grenzfrequenz, also ein Sinus, den man in seiner Frequenz so lange erhöht, bis die Ausgangsamplitude nur noch 75% hat, liegt teils UNTER den angegebenen Werten. is nu mal so....

meiner Meinung nach, Die Laser die wir so verwenden dürften ne Grenzfrequenz etwa rund bei 7-10 kHz haben, wenn überhaupt. Dazu kommt, dass manche laser noch Resonanzen haben, und das teils bei noch höheren Frequenzen (Sieht man dann bei ner Linie, die heller anfängt, und dann schwäche wird, oder so)

Grüße derweil
Erich

[sanaia]

einen gaslaser moduliert auch keiner über den röhrenstrom. Ist doch kein wunder das sich die lichtintensität nichtlinear zum sollwert verhält, wenn als regelgröße der diodenstrom und nicht die lichtintensität herangezogen wird. Dann verhält sich eben der *strom* proportional zum sollwert, und nicht die lichtintensität.

Im prinzip müsste die lichtintensität erfasst erfasst, linearisiert und als regelgröße verwendet werden. Genauso funktioniert die lichtregelung an jedem vernünftigen gaslaser. Aber das macht das PSU um einiges komplexer.

Alles andere ist sinnfrei.

[guido]

Hi,

bei einer Diode stell ich mir das gar nicht so schlimm vor.
Da "unsere" Diode ja keine Photodiode haben müsste man nur ein
bisschen vom Strahl auskoppeln und hätte dann eine Regelgrösse.
Denn ob die nun a.e. 0..1V von einem Shunt oder 0..1V von einem
Photo-R ist ..SchXXXXegal denke ich.

Bei DPSS führt das aber wohl zu einem Alptraum an gewabber...
Weiss nicht...wollten schon viele machen...

[Dr.Ulli]

Einen DPSS direkt zu modulieren ist immer noch der einfachste Weg, und die Pumpdiode ist ja auch sehr schnell, jedoch muss man hier im Hinterkopf behalten, dass die Strom-Leistungs-Kennlinie nicht unbedingt linear ist (aber schon ganz gut). An der Pumpe sollte das schlechte Modulationsverhalten der DPSS also nicht liegen. (Rote Dioden lassen sich ja sehr gut über den Strom modulieren - und auch schnell genug - es werden ja Frequenzen von bis zu 100kHz angegeben). Das Problem der DPSS liegt wohl eher an den sich ständig ändernden Temperaturverhältnissen - bei viel Leistung der Pumpe heizt diese ja die nachfolgenden Elemente stärker als bei niedrigen Leistungen.

[pulslaser]

Grundsätzlich lassen sich Laserdioden im GHz Bereich modulieren und die Strom/Leistungskennlinie ist bei Dioden über der Laserschwelle relativ gut Linear aber schon alleine die Tatsache, dass die Effizienz eines Verdopplerkristalls z.b. KTP (von 1064nm auf 532nm) abhängig ist von der Strahlungsdichte und Temperatur erklärt die Unlinearität wenn die Ausgangsleistung über die Pumpleistung der Diode gemacht wird und der Diodenstrom als Regelgröße verwendet wird. Selbst wenn die Pumpleistung optisch gemessen und zum Regeln eingesetzt werden würde, wird die Ausgangsleistung unlinear. Es gibt 2 Möglichkeiten:

1. Modulation wie bereits erwähnt mit AOM und den Laser konstant volle Leistung auf CW laufen lassen oder
2. Die Ausgangsleistung als Istwert zum Regeln verwenden (günstigere und einfachere Variante).

Gruß Didi

[Dr. Burne]

Hi,

also Didi, zu Pun kt 1 würde das in Klammern besser passen.

Ein AOM oder PCAOM ist weitaus einfacher zu handhaben als eine Treiberentwicklung die außer bekannte Marken wie Coherent oder diverse Jenlas NT´s kaum ein Hersteller für Showlaser fertiggebracht hat.

Eine Treiberentwicklung wird sicher schon bei den Prototypenplatinen teurer, als mal 300€ für nen >85% AOM zu zahlen.


Gruß Stefan

[pulslaser]

Hallo Stefan, leider kenne ich die Preise nicht was ein AOM plus zugehöriger Treiber im Schowlaserbereich kostet. Ich weiss nur wieviel so was kostet welche in Materialbearbeitungssystemen eingesetzt werden und da braucht man AOM's mit Coating's für sehr hohe Zerstörschwellen incl. HF-Treiber mit Leistungen so um 100Watt was die Sache relativ kostenintensiv macht. Die sind dann auch Wassergekühlt. Ich weiss von was ich rede denn ich hab mir so ein System aufgebaut und dabei einige Resonatorspiegel zerstört die Coating's für hohe Zerstörschwellen hatten. Als ich mal nachgemessen und gerechnet habe kam ich auf Pulsleistungen von etwa 2MW im Resonator. Nun verstehe ich auch weshalb Q-Switch Optiken so teuer sind.

So viel ich weiss sind die käuflichen fertigen Treiber für Laserdioden von Haus aus sehr schnell denn die sollen ja die Laserdiode vor Stromspitzen schützen. Solche Treiber kann man auch mit kleinem Aufwand für höhere Ströme auslegen. Externe schnelle Fotodiode dran anstatt der internen der Laserdiode und die Regelung sollte funktionieren. Materialaufwand schätze ich mal mit höchstens € 30,-. Allerdings könnte ich mir denken, dass der Temperaturgradient in den Kristallen bei Pumpleistungsänderungen die Regelung der Ausgangsleistung schwierig macht. Deswegen würde ich von vornherein Scheibenlaser DPSS einsetzen.

Gruß Didi

[Dr. Burne]

Hi,


leider haben wir es hier wie oben erwähnt mit zwei Nichtlinearen Laserkristallen zu tun.
Man bekommt die Ausgangsleistung nur in den Griff, wenn die Temperatur im Kristall maximal ein zehntel Grad schwankt und keine thermischen Linsen ect. entstehen(Stichwort Scheibenlasder, Z-Resonator, Ringresonator, schräges pumpen ect.).


Gruß Stefan

[pulslaser]

Hi Stefan, das ist genau das Problem, die unlinearität der Laserkristalle. Kann deine Aussage zu 100% unterschreiben. Deshalb stellt sich erst nach einer gewissen Zeitverzögerung wieder eine stabile Ausgangsleistung ein nachdem die Pumpleistung geändert wurde und genau das gilt es auszuregeln. Man muss nur aufpassen, dass der Regelkreis nicht zum schwingen neigt. Ich würde dafür einen P-Regler mit größerer Regelabweichung definieren. Der ist schnell und neigt weniger zum schwingen.

Gruß Didi

[laserfreund]

Mein neuer DPSS dimmt unlinear, aber eigentlich schon gleichmäßig, also ohne über einen Steigvorgang gleich zu bleiben. Das Problem ist, in der Ausgabehelligkeit sind 2 Beulen. Von dunkel bis zu hell wird er erst langsam heller, dann im 1. Viertel wieder leicht dunkler, zieht dann über die nächsten 3/4 schön linear hoch und wird ganz oben, kurz vor voll aufgedreht nochmal kurz dunkler, um dann danach seine volle Helligkeit zu bekommen. Vielleicht kann man ja die Helligkeit messen, in nem Microprozessor verarbeiten und die 2 Dellen in der linearität ausblenden. Den Vorgang könnte man automatisieren, indem der Mikroprozessor ein Programm bekommt, das die linearität aufnimmt, indem er die Helligkeit selber hochregelt und mißt und eines, welches dann die Abfälle während des Normalbetriebes bis zu dem Punkt ausblendet, wo es dann konstant wieder heller wird. Diese Elektronik könnte man fest im Projektor in die Farbkanalsteuerung einbauen. Nur mit dem Meßsensor bin ich mir nicht sicher, wie der aussehen müßte. Möglicherweise den Abfallstrahl am Dicro messen. Da würde dann ne Fotozelle reichen., weil da is ja nicht sooooo hell.

Grüße,
Klaus

[tracky]

soweit zur Theorie!

[pulslaser]

Hallo Klaus, warum so kompliziert? Alles was du brauchst ist ein Sollwert, Istwert und einen Vergleicher der den Istwert so lange erhöht/erniedrigt bis der Sollwert erreicht ist und das möglichst schnell. 2 OP's, eine Ref. Spannungsquelle, ein paar Widerstände, Trimmpoti's und kleine C's --> fertig.

Gruß Didi

[afrob]

Ja wie denn? Wenn der Regler den Strom erhöht geht die Leistung mal hoch, mal runter. Geht die Leistung runter, obwohl der Strom erhöht wird, wird die Rückkopplung zur Mitkopplung. Dann fängt es entweder an zu oszillieren oder irgendwo kommt Rauch raus.

Lineare Regler (z.B. PID) funktionieren mit nichlinearen Strecken im Allgemeinen nicht.

Grüsse,
afrob

[guido]

Hallo Klaus,

muss leider Sven zitieren..." so weit zur Theorie"

Alle CNI >200mW die ich so habe machen das selbe WENN MAN SIE
MANUELL FADET !!

Bedenke das wenn du z.b. einen Punktehimmel scannst und den
von 0 bis 100% faden willst das da ohnehin etliche Blanksprünge drin sind.

Guck dir den Laser mal im Scanbetrieb an, wohlmöglich noch verglichen
mit einem 100mW. Dann ist es gar nicht mehr so schlimm.
Klingt ein bisschen nach "Schönrederei" aber 100%ig wäre es nur wenn du
ihn CW laufen lässt und per Kristall modulierst. Den Dioden ist das
wurscht. Die machen solche Probleme nicht. DPSS ist eben DPSS.
"Mal eben so " mit ner Photozelle und nem OpAmp linearisieren kannst du
vergessen da der ganze Aufbau zu träge ist.

[tracky]

Also Guido!! Wieso LEIDER??

DPSS ist "nur" ein Übergangsgewurschtel wärend die besser bezahlten Ings an neuen Verbindungen tüfteln, die dann in Dioden in Dasein fristen, nur um uns ein paar schöne Wellenlängen zu schenken!
Also warten wir mal der Dinge die da kommen. Blau gibt es und rot als Diode, jetzt fehlt nur noch leistungsstarkes grün und RGB wird in Laserprojektoren neue (Farb)Welten auftun!

[guido]

Moins,


gitbs doch schon die Wunderkiste.

Gefunden auf der ersten Seite vom Laserist Magazin:

http://www.eyemagic.gr/laser-iris-colorsafe.html

Wird man wohl für etwas mehr als 29,95 bei HB-Laser bekommen

[pulslaser]

Ja wie denn? Wenn der Regler den Strom erhöht geht die Leistung mal hoch, mal runter. Geht die Leistung runter, obwohl der Strom erhöht wird, wird die Rückkopplung zur Mitkopplung. Dann fängt es entweder an zu oszillieren oder irgendwo kommt Rauch raus.

Lineare Regler (z.B. PID) funktionieren mit nichlinearen Strecken im Allgemeinen nicht.

Grüsse,
afrob

Lies mein voriges Posting nochmal etwas genauer und du wirst feststellen, dass ich nicht von "Differenzierer" sprach sondern von Differenzverstärker (P-Regler). Du meinst allerdings PID-Regler die, wenn ungünstig eingestellt/parametriert, natürlich zum Schwingen neigen. Unlinearitäten bei DPSS haben ihre Ursache in Temperaturänderungen bei Pumpleistungsänderungen in den Kristallen. Diese Vorgänge sind aber sehr viel langsamer als ein P-Regler sein kann. Im übrigen hat ein Regler, egal ob PID/PI/PD/P usw., immer die Aufgabe, unabhängig von Umgebungsbedingungen, auf einen Sollwert zu regeln. Funktioniert auch bei richtiger Wahl des Reglertyp's und parametrierung.

Die 2. Möglichkeit ist eine Kennfeldsteuerung (keine Regelung) über einen µC. Dazu müssen aber alle Parameter, die sich ändern können, im Kennfeld berücksichtigt werden. Das bedeutet aber umfangreiche Messungen im Vorfeld um das Kennfeld festlegen zu können. Nachteil: liegt auch nur einer der Parameter im Kennfeld, der zur Steuerung verwendet wird, außerhalb der Tabelle, streikt das System wenn der Fehler nicht abgefangen wird.

Bei analoger Regelung fällt das alles weg.

Ich versuche lediglich Vorschläge zu machen da ich von Berufswegen das Thema "Elektronik" von klein an sehr genau kenne und auch jetzt beruflich mit Messung von physikalischen Vorgängen/Auswertung und Darstellung der Messergebnisse eingebunden bin.

Bisher hat noch jeder meiner Regler funktioniert die ich dimensioniert habe, auch unter ungünstigsten Bedingungen.

Beispiel: Gesucht war ein regelbarer Widerstand in Reihe zu einer Fotodiode zur Arbeitspunkteinstellung. Fotodiode in Sperrichtung, ein Anschluß an +15V, "Widerstand" ein Anschluß an -15V, Mittelabgriff sollte "statisch" auf 0V geregelt werden. Regelbereich des Widerstandes von >500 Mohm - <1kOhm. Max. Regelfrequenz 10Hz. Schaltungsaufwand: 1x Quad OP TL074, 1x MosFet, div. Widerstände, kleine Kondensatoren und 2 Trimmpotis --> fertig. Aufgabe der Schaltung: Sensor für Lichtänderungen mit max. Empfindlichkeit unabhängig von Beleuchtungsbedingungen. Hat einwandfrei funktioniert sowohl bei Sonnenschein als auch in kompletter Dunkelheit.

Manchmal habe ich den Eindruck, egal wie man versucht zu helfen, es wird grundsätzlich drauf rumgehackt ohne vorher nachzudenken. Wenn Know How hier unerwünscht ist genügt ein kleiner Hinweis....

Gruß Didi

[pishtak]

Hello All,

I also think it's all about temperature control. Using simple PID controller
it's not so difficult to have temperature stability of 0.1°C. I'm not the scientist.
I treat myself more as application engineer. I used only public available resources
and designed PID temperature controller.

Sources are:
http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3527
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3318.pdf
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3264.pdf
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN1757.pdf

http://pagesperso-orange.fr/redlum.xohp ... M/TEC.html

Using these resources I designed PID controller, which gives temperature error not more than 0.105°C.
At the moment it was tested only with simple 100mW 532nm laserhead with one TEC (for LD).
Results are in enclosed PDFs.

If I set temperature let's say 23°C, it will be ALWAYS between 23.05°C and 22.95°C.
It doesn't matter, if the LD is fully ON or fully OFF or being modulated.
Maybe it's hard to believe, but it works.
As this is not public or open source project, I'm not allowed to publish schematics etc., like I did at my GalvoAmp.
As the informations I used are public, if somebody asks I can give some guidelines.
As it was mentioned before, PID controllers can oscillate!
But if you can measure correctly what you need, then calculate, you can have even beter results than me.

Hopefuly more positive results will come soon

PS: Sorry for english, it's easier for me to write in english than in german.

Best Regards

pishtak

[pishtak]

Hello,

Linearity and modulation behaviour of C** lasers compared to competitve
L****W**e was nicely demonstrated here:

http://www.photonlexicon.com/forums/sho ... 674&page=2
(post #29)

I have 300mW 532nm C** laser and and I also observed that my 300mW
starts to lase when modulation input is cca 1.5V. There is dip in the output
power when modulation is going from cca 3.0V to 3.5V and from 3.5V output power
is again rising till cca 4V (see enclosed picture).

This behaviour can be observed when modulation input voltage is slowly
increasing (manualy as Guido wrote). At higher speeds this disapears.

1.
Reason why the laser starts to lase at 1.5V is in LD driver. I reached around 0.2V with my LD driver.

2.
The dip in the output power will be hopefuly eliminated with better temperature regulation
(see my previous post about PID control).
I think L****W**e used better temperature regulation than C**. That's why they do not have
dip in the output power with increasing modulation input. Future show if this theory is correct.

Best Regards

pishtak