Licht macht Kristall länger

[Dr.Ulli]

Zitat aus pro-physik.de Newsletter 31/2010, bzw. Physik Journal (August 2010):

Kristallines Bismutferrit dehnt sich im Licht aus und schrumpft im Dunkeln wieder.

Der kristalline Halbleiter Bismutferrit BiFeO3 ist der Star unter den Multiferroika, einer Klasse von Materialen mit ungewöhnlichen magnetischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften. So ist Bismutferrit antiferromagnetisch, hat eine große und anhaltende elektrische Polarisation, es ist piezoelektrisch und photovoltaisch - und alle diese Eigenschaften beeinflussen einander. Jetzt haben Forscher am Centre de Saclay bei Paris beobachtet, dass Bismutferrit auch Photostriktion zeigt: Es dehnt sich bei Bestrahlung mit Licht aus.

Interessant- nicht wahr?

[dyak]

Durchaus
Ich denke mal das der Effekt recht gering ausfällt.
*träum* Lasergesteuerte BiFe03 Galvos mit 1000kpps

[Dr.Ulli]

Bei 1,8mm Kristallänge immerhin 20nm Ausdehnung - mit ner normalen Glühlampe bestrahlt....

[lexa]

Klingt erstmal so wie der Laser

Eine Lösung die ein Problem sucht

Aber auf jeden fall sehr interessant. Ist schon was dran an " nichts was es nicht gibt"

*träum* Lasergesteuerte BiFe03 Galvos mit 1000kpps

He he. Dann mach einem Laien mal klar, das du Licht mir Licht umlenkst XD

[goamarty]

Vielleicht nicht so high-tech, aber mit einem gewöhnlichen Piezokristall müßte das doch einfacher gehen. Da kann man elektrisch steuern und spart sich Laser und Treiber.

[VDX]

... ich habe gerade von einem Bekannten einen AOM bekommen (AOM = Acousto-Optical-Modulator) - das aktive Teil ist ein Glasblock, der von der Seite mit zwei Piezoaktoren mit etwa 40MHz beschallt wird und die durch die Schallwellen erzeugten Dichteschwankungen im Glas lenken einen hindurchgehenden Laserstrahl um den doppelten Bragg-Winkel ab.

Die Ablenkung ist abhängig von Laser-Wellenlänge, Strahldurchmesser, akustischer Frequenz und noch ein paar anderen Parametern.

Damit kann der Laserstrahl moduliert und abgelenkt werden - was auch noch geht, ist mit einem Strahl bis zu 10 austretende Strahlen mit geringerer Leistung zu erzeugen

Die Effizienz beträgt um die 80% ...

Jetzt bin ich am überlegen, ob ich die gleiche Wirkung eventuell auch mit einem überlagerten Laserstrahl von der Seite erreichen könnte?

Wären damit evtl. günstige 'Festkörper-Galvos' machbar?

Viktor

[lightwave]

Piezzoscanner gibt es schon länger, aber der geringe Auslenkwinkel ist für Showzwecke weniger geeignet...

[VDX]

... hmmm ... ich habe noch einen NiMnGa-Kristall mit 20mm Länge in der aktiven Richtung, der - ähnlich wie PZT bei Hochspannung, allerdings bei einem starken Magnetfeld über 1T - seine Länge um 5% bis 10% ändert (während ein Piezo nur etwa 0.3% schafft!).

Die Teile können ähnliche Kräfte wie Piezos, wegen der größeren Masse allerdings nicht mitr MHz, sondern 'nur' mit einigen kHz.

Das wäre dann also der ideale Werkstoff für Galvo-Aktoren

Der Hersteller hat vor Jahren Kunden und Applikationen dafür gesucht und ich habe in unseren Netzwerken etwas 'die Werbetrommel gerührt', allerdings hat damals niemand angebissen und die Firma ging nach 3 Jahren Konkurs ... Jahre später haben mich dann mehrere von den vorher kontaktierten Firmen und Instituten darauf angesprochen, daß es doch ein sehr interessantes Konzept wäre, und ob man da noch was machen könnte

Viktor

[vakuum]

ein 20mm Langer Kristall der 2mm Länger werden soll???!?!? sorry, glaub ich nicht, unvorstellbar........

[VDX]

... ich seh gerade, die Homepage ist noch (oder wieder?) vorhanden - hier die kristallinen Blöcke (im Bild Unten) und hier ein Vergleich zwischen PTZ- und NiMnGa-Aktoren ...

[vakuum]

echt krass!! dass das geht.....

[VDX]

... das Zeugs ist ein metallischer Kristall, der sich biegen und bis zur 'Streckgrenze' (10% der Länge) dehnen läßt, als wäre es Gummi, allerdings hörst/fühlst du dabei ein leichtes Knirschen, was das 'Auf-/Zuklappen' der rhombischen kristallinen Zonen ist.

Ich habe noch einen dünnen Streifen mit etwa 40mm Länge, den ich um meinen Finger wickeln kann oder zwischen den Fingern bis zu 10% der lokalen Strecke (der Bereich zwischen den Fingern) strecken und stauchen - die dickeren Blöcke (wie in der Abbildung) sind steifer und tendieren bei häufigem Hinundherbiegen zu Ausbrüchen von den Kanten aus ...

Die Anwendung sieht so aus, daß du einen Block mit einer starken Feder zusammenpreßt (oder ausenanderziehst, dann aber nicht mit den möglichen Kräften) und durch eine drumherum gewickelte Spule einen Strom schickst, der im Block ein (passend orientiertes) Magnetfeld induziert - dann strecken sich die kristallinen Bereiche je nach Feldstärke und Federkonstante in den damaligen Blöcken bis zu max 6% ... später wollte man auch 10% erreichen ...

Die möglichen Kräfte sind ähnlich hoch bzw. teilweise noch höher, als mit PZTs - bis zu einigen Tonnen aus einem 1cm dicklen 'Stempel'

Ich habe fast 3 Jahre lang das Konzept hier in Deutschland in diversen Mikroaktorik-Arbeitsgruppen und -Netzwerken vorgestellt ... die Interessenten kamen aber alle erst nach 4 bis 5 Jahren auf mich zu ... da war Adaptamat aber schon wieder weg vom Fenster

Viktor

[lexa]

Die Ablenkung ist abhängig von Laser-Wellenlänge, Strahldurchmesser, akustischer Frequenz und noch ein paar anderen Parametern.

Damit kann der Laserstrahl moduliert und abgelenkt werden - was auch noch geht, ist mit einem Strahl bis zu 10 austretende Strahlen mit geringerer Leistung zu erzeugen

Die Effizienz beträgt um die 80% ...

Hmm Ich denke da eher an 10 einzelne Rote Laserstrahlen die zu einem werden. Ist das nicht eine Interessante Möglichkeit?

[gento]

... ich habe gerade von einem Bekannten einen AOM bekommen (AOM = Acousto-Optical-Modulator) - das aktive Teil ist ein Glasblock, der von der Seite mit zwei Piezoaktoren mit etwa 40MHz beschallt wird und die durch die Schallwellen erzeugten Dichteschwankungen im Glas lenken einen hindurchgehenden Laserstrahl um den doppelten Bragg-Winkel ab.

Die Ablenkung ist abhängig von Laser-Wellenlänge, Strahldurchmesser, akustischer Frequenz und noch ein paar anderen Parametern.

Damit kann der Laserstrahl moduliert und abgelenkt werden - was auch noch geht, ist mit einem Strahl bis zu 10 austretende Strahlen mit geringerer Leistung zu erzeugen

Die Effizienz beträgt um die 80% ...

Jetzt bin ich am überlegen, ob ich die gleiche Wirkung eventuell auch mit einem überlagerten Laserstrahl von der Seite erreichen könnte?

Wären damit evtl. günstige 'Festkörper-Galvos' machbar?

Viktor

In Zeiten wo es noch Gaslaser gab , hatte jeder , wenn er sich's leisten konnte ein PCAOM (poly-chromatic acousto-optic modulator)
<Such>

Gento

[VDX]

Die Ablenkung ist abhängig von Laser-Wellenlänge, Strahldurchmesser, akustischer Frequenz und noch ein paar anderen Parametern.

Damit kann der Laserstrahl moduliert und abgelenkt werden - was auch noch geht, ist mit einem Strahl bis zu 10 austretende Strahlen mit geringerer Leistung zu erzeugen

Die Effizienz beträgt um die 80% ...

Hmm Ich denke da eher an 10 einzelne Rote Laserstrahlen die zu einem werden. Ist das nicht eine Interessante Möglichkeit?

... so wie ich das verstanden habe, wird der eintretende Strahl dynamisch mit Frequenzwobbel zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich abgelenkt, so daß die 10 Strahlen quasi zeitliche Abfolgen mit verschiedenen Ablenkwinkeln sind.

Wenn du das 'rückwärts' machen willst, müssen die 10 Strahlen phasenverschoben pulsen und der AOM muß passend zur jeweiligen Phase das Resonanzfeld aufbauen, damit die einzelnen Pulse der 10 unterschiedlichen Laserstrahlen dann jeweils in die gleiche Austrittsrichtung abgelenkt werden ... das dürfte eine ziemlich haarige Justiererei im Raum und in der Zeit sein

Da ist die Kopplung der 24 blauen Dioden im Beamer- doch viel einfacher/effizienter/eleganter gelöst

Viktor

[gento]

AOM und PCAOM haben je Wellenlänge nur zwei Winkel.

Passiv : Der Strahl wird nach oben im festen Winkel je Farblinie übereinander wechgeklappt.

Aktiv : Alle Linien gehen geradeaus durch , je nach dem wie viel jede Farblinie moduliert wird.(Auch alle gleichzeitig)
Gute PCAOMS schaffen >95% Wirkungsgrad moduliert.

Zwischen Aktiv und Passiv gibt es keinen Winkel dazwischen.

Gento

[VDX]

Hi Gento,

... ich scanne heute Abend mal den Passus mit den Mehrfachstrahlen aus dem Manual ...

Viktor

[ekkard]

ein 20mm Langer Kristall der 2mm Länger werden soll???!?!? sorry, glaub ich nicht, unvorstellbar........

Der Unglaube ist korrekt! Die Botschaft lautete:

Bei 1,8mm Kristallänge immerhin 20nm Ausdehnung - mit ner normalen Glühlampe bestrahlt....

D. h. bestenfalls für einen 20mm-Kristall eine Längenänderung von rund 10 mal 20 nm = 200 nm oder 0,2 µm - homogene Ausleuchtung des Kristalls vorausgesetzt.

[VDX]

Hi Ekkard,

da wurde über zwei unterschiedliche Kristalle geredet - das Teil mit 10% Längenänderung ist ein NiMnGa-Monokristall, der in einem Magnetfeld seine Schergeometrie ändert ... ähnlich wie PZT bei Hochspannung, nur statt 0.3% eben mit 5-10%

Eins meiner Musterteile hat mir ein Bekannter von Fraunhofer aus dem Kreuz geleiert, um damit Positronen-Interferenz- und Spektroskopieversuche zu machen ... danach habe ich erfahren, daß der Kristall leicht radioaktiv verseucht war und habe ihn für weitere Versuche an eine DPG-Gruppe abgetreten

Einen 20mm langen Monokristallblock und den 40mm langen dünnen Streifen habe ich noch und werde sie hüten wie meine Augäpfel

Viktor

[ekkard]

da wurde über zwei unterschiedliche Kristalle geredet ...

Uups, das ist mir entgangen.

[gento]

Hi Gento,

... ich scanne heute Abend mal den Passus mit den Mehrfachstrahlen aus dem Manual ...

Viktor

Warte vier Wochen . wait noch mehr.

Gento

[VDX]

... ich dachte schon, das Thema hätte sich erledigt ...

OK, ich werde am WE daran denken ...

Viktor

[VDX]

Hi Gento,

anbei die Teile mit Ablenkung und Mehrfachbeams ...

Viktor

[VDX]

... ich habe gestern noch einen kompletten Optikkopf mit AOM-Kristall drin bekommen, so daß ich bald auch mit dem Faserlaser moduliert arbeiten kann

Allerdings ist der Optikkopf zu schwer für meine CNC-Fräse, so daß ich am überlegen bin, den auf das Fräsbett zu schrauben und die Werkteile senkrecht an der Z-Achse zu befestigen ... dann muß ich nur die Anordnung der Achsen im Controller umdefinieren und/oder die Motorkabel umstecken.

Fürs Laser-Pulversintern muß er aber senkrecht nach Unten leuchten, so daß ich parallel dazu den Aufabu des neuen µ-3-Achsers vorziehen oder mir ein kleines Pulverbett konstruieren muß, welches an die Z-Achse der CNC-Fräse dranpaßt und nicht zu schwer ist

Viktor

[goamarty]

Irgendwie denke ich, die Anordnung Laser - AOM - Faser - Bearbeitungsoptik wäre da günstiger. Warum braucht der Faserlaser einen AOM? Lässt sich die Diode nicht direkt modulieren?

[VDX]

... der Faserlaser (nicht Festkörperlaser mit Faserkopplung) hat eine Steuerung für die Dioden, die allerdings nur recht langsam über den seriellen Port moduliert werden kann ... ich müßte in die Steuerung eingreifen und die Steuerung umgehen, um die Dioden direkt zu modulieren. Es ist ein CW-Laser, der standardmäßig mit eben diesem Optikkopf mit einjustiertem AOM als Modulator betrieben wurde.

Wenn ich ein schnell modulierbares Netzteil mit etwa 180Watt Leistung da hätte, wärs ja auch kein Problem (die 5Watt-IR-Dioden moduliere ich ja auch direkt mit TTL über ein MOSFET bis zu mehreren 100 kHz).

So ist für mich die Lösung über den AOM-Optikkopf viel günstiger ... und ich hätte noch ein paar Kristalle da, falls was schiefgehen sollte ...

Viktor

[goamarty]

Hab das ja schon so verstanden, daß der Laser selbst ne Faser ist, aber eben diodengepumpt. Allerdings denke ich gerade darüber nach, wie lange so eine Faser dann ist, ob die überhaupt in einem Resonator betrieben wird und welche Zeitkonstanten da eine Rolle spielen. Die Diode direkt zu modulieren wäre nicht so schwer, zur Not einen dicken MOSFET mit 2 Si-Dioden in Serie parallel zur LD, der den Strom an der Diode vorbeiführt. Die 2 Si Dioden sollen verhindern, daß der Treiber einen vollen Kurzschluß sieht. Dem Treiber als Stromquelle muß es egal sein, wo der Strom dann weiterfließt, er sieht nur wenig Spannungshub.
Wenn die Faser aber lange ist und der Laserprozess dadurch insgesamt "langsam" dann bringt das nix und es bleibt nur der AOM.
Das NT hat keinen direkten Modulationsanschluß oder Befehle um Pulse oder Pulsketten auszugeben? Vielleicht könnte man ja auch an der Schnittstelle zwischen Prozessor und Stromregler eingreifen, dort ist keine hohe Leistung vorhanden. Vermutlich gibt es ja keine interne Dokumentation des Treibers?

[VDX]

... die Faser ist 5m Lang und der eigentliche Resonator, der von 28 5Watt-Dioden gepumpt wird.

Das NT hat nur die Option, die Leistung über RS232 zu setzen und interne Werte abzufragen - ein Modulator ist leider nicht eingebaut.

Vom Service bekam ich den Tip, daß ich durch einen 'Override' der internen Spannungen die Leistung moduliern könnte - ein 'harmloser' Test mit ON/OFF zeigte auch, daß mit Umgehung der Regelung die Leistung sich über ein paar Millisekunden einschwingt, so daß es keine richtige Modulation ist und bei hohen Frequenzen bei Maximalleistung auch die Dioden was abbekommen könnten. Das ist mir dann doch etwas zu gewagt, um die Steuerung oder den Laser zu riskieren

Der AOM hat sich schon länger angekündigt, also unterließ ich derartige Basteleien und habe mich erstmal nur mit den Einzeldioden 'vergnügt'.

Da ich den Faserlaser nur für mich und ein paar spezielle MST-Applikationen brauche und das mit dem Pulversintern sowieso ein längerfristiges Projekt ist, habe ich auch keinen allzugroßen Streß damit ...

Aktuell bin ich ehr dabei Laserdiodenmodule im Leistungsbreich von 5 bis 20Watt max. aufzubauen - die ersten 5Watt-Module laufen schon und ich habe auch mehrere Anfragen von Leuten, die sowas fürs Folienschneiden und Niederenergie-Pulversintern ausprobieren wollen ... dafür habe ich noch ein paar ausgeschlachtete 975nm-5Watt-Dioden da und kann 808nm bis 980nm-Dioden mit 8 Watt für 300 Euro Einzel- und 200 Euro ab 5-Stück-Preis bekommen ...

Viktor