Wie fiel Joul Braucht man um Luft leitend zu machen

[bastler1982]

Hallo, bin bei YouTube auf dieses Video gestoßen ( http://www.youtube.com/watch?v=9tJF3qBW ... annel_page )
meine frage ist nun Brauch man nicht etliches an Energie um Luft leitend zu machen denke da so an mehr als 10 Joul den die Luft muss ja auf mehrere tausend Grad erhitzt werden oder nicht? PS Bin Legastheniker habt bitte Toleranz mit meiner Rechtschreibung.

MFG Daniel

[Dr.Ulli]

Nö-man braucht nicht Joule...
Ich selbst hab in der Firma mal einen 45mJ Nd-Yag für LIPS (Laser-Induzierte Plasma Spektroskopie) ausgetestet....Hatte allerdings eine Pulsdauer von 5ns..macht 9MW....gut fokussiert (f>100mm). Das reicht für die Erzeugung eines Plasmas in Luft. Man braucht eine Bestrahlungsstärke von ca. 2GW/cm^2 für den "Durchbruch" in Luft.

Femtosekundenlaser brauchen sogar noch weniger Energie pro Puls (µJ)...da macht es dann die kurze Dauer um in die GW zu schaffen...

[pulslaser]

Richtig, das Zauberwort für einen Durchbruch in Luft heisst Leistungsdichte.

Ich könnte mir aber vorstellen, dass dieser Punkt, an dem Luft so stark ionisiert ist um eine elektrische Entladung zu erzeugen, von der Frequenz und der Leistungsdichte abhängig ist oder liege ich da falsch? Je höher die Frequenz bzw. kleiner die Wellenlänge um so niedriger kann die Leistungsdichte sein um diesen Durchbruch zu erreichen...

So viel ich weiss geht es mit grün (532nm) oder UV einfacher als mit 1064nm. Ist das korrekt Dr.Ulli?

Gruß Didi

[Dr.Ulli]

Hi Pulslaser,
nach meinen Erfahrungen ist die Wellenlänge egal...Ich habe bei LIPS sogar bessere Resultate (Metall-Analysen im <10ppm -Bereich) mit 1064nm erreicht, als mit 532nm...ausserdem hatte ich dann mehr Power - 150mJ anstatt 100mJ bei 5ns Pulsdauer und 50Hz Wiederholung....

Es geht hier ja um die Energiedichte...bei so hohen Intensitäten kann man zudem mehrere Photonen addieren...("Multiphotonen" - aus zwei 1064nm mach ein 532nm usw.).
Wichtig sind die elektrischen Feldstärken, um die Ionisationspotentiale (ist ja eine "elektrische" Bindung) zu überwinden, so dass die Elektronen von den Atomen getrennt werden und ein Plasma entsteht. Man nutzt sogar IR-Strahlung, fokussiert in Neon, zur Erzeugung von Atto-Sekunden Pulsen! Das gibt dann weiche Röntgenstrahlung! Wahnsinn!

Aber natürlich kann man kürzere Wellenlängen besser fokussieren...siehe BluRay-Laufwerke...

Gruß!
Ulli

[bastler1982]

Stimmt wen man die zeit die ja in diesen falle egal ist herab setzt kommt man schnell auf die Leistung, aber das es doch so wenig ist hätte ich echt nicht gedacht, kenne mich mit Puls Lasern nur sehr spärlich aus. Danke für die schnelle Antwort

[pulslaser]

Aber natürlich kann man kürzere Wellenlängen besser fokussieren...siehe BluRay-Laufwerke...
Gruß!Ulli

Hallo Ulli, danke für die aufschlussreiche Erklärung. Quantenphysik war in der Hauptschule als Unterrichtsfach leider nicht vorgesehen. Deshalb bin ich für die Erklärungen solcher Vorgänge sehr dankbar. Ok dann liegt es an der besseren Fokussierbarkeit (kleinere mögliche Durchmesser) bei kürzeren Wellenlängen.

Eine Frage noch, wie bekommt man mit einem Nd:Yag so kurze Pulsdauern von 5ns hin? Hängt die Pulsdauer bei Gütegeschalteten Resonatoren nicht auch von deren Länge und Anzahl Durchläufe ab?

Verstehe ich das richtig? Je kürzer die Pulsdauer um so kleiner muss die Resonatorverstärkung sein -> Auskoppelspiegel: R < 60% oder noch weniger...

Gruß Didi

[Dr.Ulli]

"Mein" Nd-YAG hat einfach nur einen Q-Switch...eine Pockelszelle,welche die Polarisation dreht und dadurch den Resonator freigibt...
Die Resonatorlänge spielt da wohl keine Rolle...5ns ergeben einen Blitz von 5*10^-9s*3*10^8m/s=15*10^-1m ...also 15cm....
Bei Femtosekundenlasern (10^-15s) wären das noch 6 Potenzen weniger...

Das wird aber wohl über Pulskompressionsverfahren erreicht..so genau weiss ich jetzt aus dem Stand auch nicht, wies funktioniert.
Auch gibt es das Verfahren der "Modenkopplung" (mathematisch...Fouriersynthese der longitudinalen Resonator-Moden), mit dem man sehr kurze und sehr starke Pulse erzielt - unabhängig von der Resonatorlänge...bzw. eigentlich sogar besser bei langen Resonatoren, da mehr Moden und kleinere Modenabstände c/(2*L)....

[goamarty]

5ns sind 150cm. Kleine Auskoppel R -> große Verstärkung, kleine Resonatorgüte, große Bandbreite = kurze Pulse

[Dr.Ulli]

15*10^-1m= 1,5m Stimmt!

[pulslaser]

Auf die Gefahr hin dass ich falsch liege, irgendwo hab ich gelesen, bei Pulslasern mit Q-Switch hängt die erzielbare Pulsdauer von der Anzahl Umläufe und der Resonatorlänge ab.

Wenn der Switch den Resonator frei gibt bildet sich eine Lichtwelle aus die an den Spiegel reflektiert und ein paar mal hin und her läuft (Umläufe) bis das gesamte obere Energieniveau abgeräumt ist. Wie lange das dauert hängt deshalb auch von den Abständen der Spiegel (sprich Resonatorlänge) ab. Resonatorlänge * Anzahl Umläufe / Lichtgeschwindigkeit ergibt dann die Pulsdauer.

Diese Erklärung schien mir logisch, hab deshalb bisher dran geglaubt.

Daraus lässt sich umgekehrt auch die Anzahl Umläufe berechnen. Wenn z.B. die Lichtwelle in 5ns 150cm zurücklegt und der Resonator 15cm lang wäre, würde man 5 Umläufe herausbekommen. 1 Umlauf bedeutet hin und zurück also 2x Resonatorlänge.

Gruß Didi