Auslegung, nd-yag rod, Dotierung und Pumpleistung?

[richardk]

Hallo Ihr yag-Experten,

Hab da etwas "kleines" vor

Konnt Ihr mir mit Literatur Aushelfen?

Folgende Fragen brennen auf der Zunge:

-Wieviel Pumpleistung verträgt ein 4x50mm nd-yag Stab.
-Wie berechnet man die Grenze? (Literatur Tip)

-Mit welcher Dotierung muss ich ihn bestellen wenn ich Ihn Dioden pumpe?
-Wie berechnet man die Grenze? (Literatur Tip)

Von den verfügbaren Dioden haben sich 3 Konfigurationen
Herauskristalisiert. Welche ist die sinnvollste?

4x 7Watt -> 28Watt
2x 35Watt -> 70Watt
2x 55 Watt -> 110Watt

Anordnung siehe PDF.

Weitere Fragen kommen, dann wen es um die Resonator Auslegung
geht...

Danke für Eure Meinungen, Ideen, Ratschläge, Literatur Tips...


Gruss RichardK

[richardk]

Hallo Leute

Nach dem es bis jetzt zu keiner Reaktion gekommen ist,
habe ich weitere Überlegungen um selbst auf die Auslegung zu kommen
angestelt.

Orienteiert habe ich mich an einer kurz Doku
des Lawrence Livermores National Laboratory.
http://www.llnl.gov/tid/lof/documents/pdf/902740.pdf

Die verwenden da einen 6x145mm nd-yag Stab mit 0.6% Dotierung.
Dieser wird mit 1.3kW gepumpt.

Nun habe ich einfach über das Volumen des Stabs anhand
der Leistungsdichte ein eqivalent von 300Watt erreichenet
für einen 4x50mm Stab.
Für mein Projekt bedeutet das die Wahl der zwei 55Watt
Pumpdioden. Weiters denke ich, das eine Dotierung von 1%
aufgrund des kleineren Durchmessers angebracht ist.

Kann mir jemand meine Abschätzung bestätigen?


Gehen wir von einem Wirkungsgrad von 808nm -> 1064nm
von 40% aus und einem Wirkungsgrad für cw 1064nm -> 532nm
könnten durchaus 10Watt grün drinnen liegen
Jaja.. Optimismuss muss sein...

Gruss Richard

[pulslaser]

Hi Richard, es ist sicher nicht einfach so ein System optimal auszulegen aber ich beschäftige mich auch schon lange mit DPSS. Bisher fand ich heraus, dass in Blitzlampengepumpten Systemen eher höhere Dotierungen >=1% verwendet werden während in CW Lasern egal ob Lampen oder Diodengepumpt <=1%. Wichtig ist vor allem auch eine möglichst gute Kühlung des Kristalls und eine Temperaturkonditionierung der Pumpdioden denn die Wellenlänge der Dioden ist stark Temperaturabhängig und sollte möglichst bei 807,5nm liegen (Absorptionsmaximum von Nd:Yag). Bei meinen Test's mit einem ungekühlten Stab 4x30mm kam ich bei 15Watt Pumpleistung auf etwa 7Watt @1064nm. Pumpstrahlung einfach von einer Seite transversal, noch nichts optimiert. Aber ich werde mir noch eine DPSS Pumpkammer aufbauen mit 10 Dioden a 42Watt, jeweils 5 im Winkel von 72° um den Kristall angeordnet und natürlich Wasserkühlung. Auch wichtig: den kristall so gut wie möglich homogen ausleuchten.

Deine Einschätzung bzgl. der Ausgangsleistung dürfte hinkommen.

Gruß Dieter

[richardk]

Hallo Dieter

Danke für deine Antwort.

Zum Thema pumpen eines nd-yag's gibt es meiner Ansicht
nach, folgende Punkte, welche beachtet werden müssen:

-Thermischer Abrbeits Punkt des Materials
-Thermische Verteilung innerhalb des Materials
-Thermische Linse an ein & auskoppel Flächen
-Einhaltung des Absorbations Peaks nd-yag 807,5nm
-Mechanischer Stress im Material

Daraus flogen unterschiedliche Konzepte des Pumpens resp. der
Dotierung.
Bei einer oberflächlichen Wasserkühlung kann man die
Oberfläche relativ gut temperieren. Bei Lampengepumpten
Systemen wird auch sehr viel unnütze Wärme in den Kristal befördert.
Deswegen meinte ich, man wolle mit einer hohen Dotierung, möglichst das
äussere, gut temperierte Volumen nutzen.

-> Hohe Dotierung, höhere Absorbation (Eindrigtiefe).
In der Material Bearbeitung darf das ja (meistens) durch aus
Multimode sein.

Beim Dioden gepumpten System, bringt man wüste Temparatur
Gradienten ein. Um dies zu ralativieren versucht man sich
wie schon von dir erwähnt das Ganze homogen aus zu leuchten.

Ich Werde für meinen Aufbau tunlichst auf eine aktive Wasserkühlung
verzichten. Ich habe keine Lust, einen deionisierten, hochrein
gefilterten, temperierten Wasserkreislauf aufrecht zu erhalten.
-> $$ Aufwand..

Mein Ansatz geht in die Richtung:

1. Diode1+2-> Indium Folie-> Wärmesenke -> TEC1+2 -> Brauchwasserkühler
2. nd-yag Stab, gefasst bis auf transversalen Pumpslot -> Indium Folie -> Wärmesenke -> TEC3 ->Brauchwasserkühler.
3. kpt -> Indium Folie -> Wärmesenke -> TEC4 -> "kühlkörper"

(Brauchwasser Kühlkreislauf mit Wärmetauscher Wasser/Luft)


Bitte korrigiere, ergänze meine Aussagen.
Dies wiederspiegelt meinen aktuellen Stand der Dinge, welchen
ich mir mühsam laufend am zusammen setzen bin...


Gruss Richard

[pulslaser]

Hi Richard,

man muss sich das mit der Dotierung folgendermassen vorstellen: Durch die Dotierung bekommt das aktive Material einen "Verstärkungsfaktor", je höher dotiert um so höher die Verstärkung ABER: dadurch wird der Kristall "undurchsichtiger". Das heisst, im Prinzip wirkt der Dotierungsfaktor der Pumpleistung entgegen. Bei Blitzlampen kein Problem da genügend Pulsenergie vorhanden, nicht so bei CW und Diodengepumpten Systemen. Bei zu hoher Dotierung kann das Pumplicht nicht bis zur Mitte durchdringen, zeigt sich als Folge in einem Leistungsabfall. Ganz wichtig auch, die passenden Resonatorspiegel. Bei meinem Lampengepumpten CW-System sind schon einige zerstört worden. Werde mir wohl doch die teuren Q-Switch Optiken besorgen müssen.

Das mit dem Kühlkreislauf mit deionisiertem Wasser finde ich gar nicht so schlimm. Meine Pumpdioden brauchen das sowieso also schleife ich das noch am Kristall vorbei, ist kein unüberwindbarer Mehraufwand.

Gruß Dieter