Ansteuerung eines passiv-Q-Switch Nd:YAG

[Monolith]

Hallo liebe Leute,

ich bin seit kurzem im Besitz eines Coherent 7900 Lasers (siehe Bild), über den ich bisweilen folgende Daten habe:

Modell No.: 7900
Serial No.: H20-4116 REV-R
MFG Date: May/2001
Abmaße: 110x50x25 mm
Nd:Yag Stab: 3x50 mm
Blitzlampe: ST7104 (Xenon, 700Torr, Ce doped Glass)

Um den Laser längerfristig zerstörungsfrei in Betrieb zu nehmen bräuchte ich nun allerdings Informationen bezüglich optimaler Anregungsspannung, -pulslänge und -Energie. Des Weiteren gibt es - wie auf dem Bild ersichtlich - drei aus dem Laserkopf laufende Kabel (Weiß, Rot, Schwarz), die auchnoch einer Zuordnung bedürfen.
Eine Anfrage bei Coherent wurde freundlich bearbeitet, lieferte aber keine Resultate, da das Modell mittlerweile nichtmehr im Katalog der Firma oder internen Archiven zu finden ist.

Nun meine Frage: Hat irgendwer von Euch nützliche Informationen oder ggf. Erfahrungen, die er mit mir teilen könnte?

Vielen Dank im Vorraus,

Jannis L.

[andythemechanic]

Hi Jannis,

wenn du keine Daten hast hilft wohl nur selbst detektivisch tätig zu werden. Das ist bei Blitzlampengepumpten Lasern nicht schwer:
Kabel sind wahrscheinlich Blitzlampe plus/minus und Trigger, aufschrauben hilft zu identifizieren welches was ist.
Als nächstes das Buch "Solid State Laser Engineering" von W. Koechner besorgen. Blitzlampendimensionen vermessen und Explosionsenergie ausrechnen. Noch bequemer ist der Fenix Blitzlampenrechner: http://www.fenixtechnology.com/fenixcalc.html
Laserenenergie auf ca. 10% Explosionsenergie festlegen. Pulsdauer etwas kleiner als die Lebensdauer des oberen Laserniveaus von Nd3+ festlegen. Daraus den passenenden Kondensator Ladespannung und das Pulsformungsnetzwerk ausrechnen (in der Regel eine simple Spule die man von Hand wickeln kann).
Unter Umständen ist die Spule schon in dem Kopf verbaut. In dem Fall kann man aus ihrem Wert mit dem Fenix Calulator sogar die von Coherent beabsichtigte Pulsdauer der Blitzlampe berechnen.


Grüße
Andreas

[Monolith]

Hey Andreas,

danke für die schnelle Antwort und den hilfreichen Link!
Ich habe, auf deinen Hinweis hin, mal das Gehäuse geöffnet. Laserstab, Blitzlampe und Q-Switch sind direkt zugänglich. Ein Problem ist allerdings, dass die Enden der Lampe, sowie ggf. weitere vorhandene elektronische Komponenten in einer Isoliermasse vergossen sind (siehe Bild). Aus diesem Grund kann ich bei der Verkabelung nur raten, dass das weiße Kabel vmtl. zum Trigger führen dürfte, während rot-schwarz direkt auf die Blitzlampe geht und leider keine Aussage über eine eventuell verbaute Induktivität machen.

Was ich auf der fenix-Seite nicht verstehe ist die Variable "Alpha". Könntest du kurz schildern, was es damit auf sich hat?

Beste Grüße!

Jannis

[goamarty]

Ich kann die Blitzlampe in dem Foto leider kaum erkennen. Normalerweise ist der Zünddraht allerdings als blanker Draht direkt um die Lampe gewickelt. Wenn du den sehen kannst, dann kannst du ja mit einem Ohmmeter messen, mit welchem Anschlußdraht er verbunden ist.

[Monolith]

Hey goamarty,

danke, den Draht habe ich bei der Inspektion des Innenlebens auch entdeckt aber ihn scheinbar fälschlicherweise als eine Art Überlast-Sicherung interpretiert.

Das ist der Zünddraht??

Nagut, das wusste ich nicht. Allerdings lässt er sich keinem Anschlussdraht zuordnen, da er selbst in einem dünnen Glasmantel vergossen ist (Bild).
Werd nachher nochmal auf Sam's Website stöbern, ob die Anschlussfarben vllt. entsprechend irgendeiner gängigen Norm zuzuordnen sind.
Dennoch vielen Dank für den Funktionshinweis!

Liebe Grüße!

[goamarty]

Vielleicht kommst du ja mit einer Kapazitätsmessung zwischen den Anschlüssen und dem Gehäuse oder einer Alufolie, welche du auf den Zünddraht legst, weiter. Ist er wirklich in Glas, nicht Kunststoff eingegeossen? Das ist ungewöhnlich. normal liegt er auf dem Glas der Röhre auf, damit das elektrische Feld des Zündimpulses gut in die Röhre hineinwirken kann.

[andythemechanic]

Hi,

alpha ist der Dämpfungsparameter und ist eine Funktion von Blitzlampengeometrie, Blitzlampenimpdanz und Ladespannung des Blitzkondensators. Ein alpha von 0.8 entspricht einer kritisch gedämpften Schwingung. Näheres in oben erwähntem Buch.
Bei meinen kleinen Yags (SSY-1) ist Schwarz Blitzlampenminus, Rot Blitzlampenplus und Weiss Trigger.
Ich würde weiter so vorgehen: Messen ob ich zwischen irgendwelchen Drähten eine nennenswere Kapazität (im 10-100 µF Bereich) messen kann. Wenn ja ist ein Energiespeicherkondensator schon eingebaut und damit höchstwahrscheinlich auch eine Induktivität. Ist aber unwahrscheinlich.
Eine evtl schon vorhandene Induktivität ist schwer zu messen, da sie ja in Reihe mit der Blitzlampe liegt und du ja offensichtlich innen nicht an die Blitzlampenkontakte direkt rankommst.
Wenn keine Kapazität gemessen wird würde ich mit einem Hochspannungsnetztteil (>5kV)mit sehr hohem Innenwiderstand oder Strombegrenzung im mA Bereich an die Kontakte gehen und sehen zwischen welchen Kontaken ein Lichtbogen in der Lampe entsteht.
Sind die Kontake identifiziert kann man ein einen Kondensator mit PFN (erstmal von null eingauter Induktivität ausgehen) anschliessen und den Strompuls nach Zündung messen z.B. mit Speicheroszi und http://de.wikipedia.org/wiki/Rogowskispule
Dann schrittweise die Induktivität anpassen bis der Puls gut aussieht.
Wie gesagt lieber mit mehr Induktivität anfangen und es schwingen lassen, als mit zuwenig die Lampe zur Explosion zu bringen.

Grüße
Andreas

[Monolith]

Hey, danke für die antworten!

@goamarty: Die Kapazitätsmessung habe ich versucht, jedoch ohne verwertbare Resultate (ggf. ist mein LCR-Multimeter dafür nicht ausreichend). Und dass der Zünddrahtmantel wirklich aus Glas besteht, habe ich festgestellt, als er mir bei einer minimalen Verschiebung splitterte. Vllt sollte man den Mantel nun gänzlich entfernen.

@Andreas: Ja, dann ist man mit einem Alpha von 0,8 ja gut bedient. Alles klar.
Eine Kapazität ist in diesen Bereichen nicht zu messen, aber das Gehäuse wär auch viel zu klein für einen integrierten Kondensator mit entsprechenden Werten.
Beim Anschluss eines HV-Netzteils hatte ich einen Lichtbogen zwischen rot und schwarz, sowie zwischen rot und weiß.
Ich kann mir gerade noch nicht so recht vorstellen, wie der Zünder in diesem Falle aussehen sollte. Einfach nur eine, parallel zur Blitzröhre laufende Elektrode auf einem getriggerten ~10kV Potential?
Hatte ursprünglich an ein internes Thyratron oder einen Thyristor gedacht, aber das scheint ja doch anders zu laufen?

Naja, danke und schöne Grüße erstmal!

Jannis

[goamarty]

Die Ummantelung des Drahtes soll vermutlich Überschläge gegen das Gehäuse verhindern. Wenn die Ummamntelung jetzt an eienr Stelle fehlt, dann kannst du ja dort messen. Anschließend würde ich die Stelle aber mit Epoxi wieder versiegeln, falls dies möglich ist.
Der Lichtbogen war wirklich bei beiden Anschlußarten gleich stark durch die volle Länge der Röhre? Das klingt eigenartig. Der Zünddraht verläuft normalerweise wirklich nur außen, die Feldstärke des Pulses reicht aufgrund der kapazitiven Kopplung durch das Glas um das Gas zu ionisieren und die Entladung auszulösen. Aber zw. Zünddraht und Elektroden sollte sich keine stehende Entladung ausbilden können.

[wler]

Klasse, genau eben da ich 2 Yag Koepfe aufgetrieben habe und mir ueberlegte, wie ich die ansteuern soll, lese ich den thread und stosse so auf die Fenix site - genau was ich suchte, danke Andy!

Was mich bei meinen Koepfen wundert, welche hintereinander montiert waren: einer der Yag Staebe hat angewinkelte (beschichtete) Enden so dass ich denke, dass es der Verstaerker ist. Der andere Stab hat parallele (ebenfalls beschichtete) Enden, aber es waren keine Resonatorspiegel in Sicht. Mir ist also nicht klar, ob das ein weiterer Verstaerker ist, oder doch der Oszillator? Ist es ueblich, dass Resonatorspiegel direkt auf den Stab gedampft werden?

Klar, am besten ausprobieren, bisher habe ich noch keine Emission gefunden, aber das liegt uu darin dass ich erst 15J reingesteckt habe, und das koennte bei 10x73mm Staeben ein bisschen wenig sein, oder? Ich werde es noch auf 60J steigern, mal sehen!

Gruss Wolfgang

[andythemechanic]

Was mich bei meinen Koepfen wundert, welche hintereinander montiert waren: einer der Yag Staebe hat angewinkelte (beschichtete) Enden so dass ich denke, dass es der Verstaerker ist. Der andere Stab hat parallele (ebenfalls beschichtete) Enden, aber es waren keine Resonatorspiegel in Sicht. Mir ist also nicht klar, ob das ein weiterer Verstaerker ist, oder doch der Oszillator? Ist es ueblich, dass Resonatorspiegel direkt auf den Stab gedampft werden?

Gruss Wolfgang

Hi Wolfgang,

wie sieht denn der angewinkelte Stab an den Seitenflächen aus? Ist er da plan und poliert? Wenn ja kann es sein das der Strahl da im Zickzack per Totalreflektion durchwandern soll. Wenn nicht wird er wohl eher einfach im Brewsterwinkel angestrahlt.
Also ich hab schon Stäbe mit aufgedampften Spiegeln gesehen ( Hier z.b. : http://www.andersonlasers.com/). Bei Lasern die im Industriebetrieb arbeiten ist es aber eher unüblich. Ich vermute weil ein Coating schnell mal zerstört ist und dann wäre gleich der teure Stab mit hin.

Grüße
Andreas

[wler]

wie sieht denn der angewinkelte Stab an den Seitenflächen aus? Ist er da plan und poliert? Wenn ja kann es sein das der Strahl da im Zickzack per Totalreflektion durchwandern soll. Wenn nicht wird er wohl eher einfach im Brewsterwinkel angestrahlt.
Also ich hab schon Stäbe mit aufgedampften Spiegeln gesehen ( Hier z.b. : http://www.andersonlasers.com/). Bei Lasern die im Industriebetrieb arbeiten ist es aber eher unüblich. Ich vermute weil ein Coating schnell mal zerstört ist und dann wäre gleich der teure Stab mit hin.

Hallo Andreas, die Seitenflaechen sind matt. Und es schaut nicht wie Brewsterwinkel aus, der Winkel ist nicht gross, siehe unten. Aber beide Staebe sind beschichtet, und ich kann mit dem Auge keinen Unterschied zwischen den Beschichtungen ausmachen. Warscheinlich sind beide als Verstaerker hinternandergeschaltet betrieben worden, was mich dabei eben verwirrt ist warum der eine Stab planparallel ist und der andere eine wedge hat.

Unten ein Bild von dem Kopf mit dem angeschraegten Stab, beachte den Winkel zwischen Kopf und Teflonmontageplatte welcher parallelen Strahldurchtritt bewirkt.

Gruss Wolfgang

IMG_0558s.jpg