Analoge Modulation, instabiler Laser

[Tidi]

Ich habe drei Laser (405, 473, 635, jeweils 20 mW) und will sie jeweils analog modulieren (0-5V).
Die Frequenz für analoge Modulation ist als 0-2kHz angegeben. Wenn ich das Analog-Signal von 0 auf 5 Volt wechsle, kriege ich allerdings eine Leistungsspitze, die ca. 100 ms dauert und danach ist der Laser für weitere ~15 Sekunden instabil (siehe beigefügtes Bild).
Ist dieses Verhalten normal? Ich bin davon ausgegangen, dass ich mir bei einer Frequenz von 2kHz (analoge Modulation) alle 0.5 ms eine neue Intensität aussuchen kann, die dann vom Laser verläßlich produziert wird. Wenn ich den Laser eine Weile lang bei 5V laufen lasse bevor ich von 0V auf 5V springe, dann ist die Laser-Leistung etwas stabiler. Ich weiß, dass der Laser aufwärmen muss, bevor er stabil ist (<15min). Aber ich dachte die Aufwärmzeit bezieht sich auf das Einschalten der Stromversorgung und nicht darauf, ob der Laser Licht produziert hat oder nicht. Dann wäre ja die Angabe "2kHz" recht nutzlos, wenn die Stabiltät vom analogen Stimulus-Muster abhängt.(Bei jedem der Laser kann man zusätzlich die Maximal-Intensität/Stromstärke mit einem Drehknopf bestimmen, aber dies sollte irrelevant für mein Problem sein).

Kann mir jemand weiterhelfen und erklären, wie gut die analoge Modulation funktionieren sollte, wenn man den analogen Eingang nach längerer Ruhezeit (0 V) auf 5 V schaltet. ?

[tracky]

Willkommen im Forum, welches Du sicherlich noch nicht studiert hast. Das was Du siehst sind wahrscheinlich Modensprünge beim 532nm DPSS, vielleicht weil dieser nicht mit einem TEC aktiv Temperatur geregelt ist. Somit muss die Pumpdiode als Heizung herhalten um den Kristall anzuwären. Und das dauert lange, bzw. ist für das Mischen von drei Farben, wie in Deinem Fall die ungünstigste Sache, die es gibt. Es gibt hier eine schöne Suchmaschine, die man füttern kann. Man(n) muss nur Lust zum Suchen und Lesen haben. Also viel Erfolg bei Deinem Studium!

[Tidi]

Vielen Dank für Deine Antwort, Sven. Also müsste ein korrekt geregelter Laser sich wesentlich besser steuern lassen.

Und das dauert lange, bzw. ist für das Mischen von drei Farben, wie in Deinem Fall die ungünstigste Sache, die es gibt

Soweit ich weiß, sind in meinem Laser-System drei einzelne Laser verbaut, die dann jeweils in die optische Faser gekoppelt wurden. Es sind also drei einzelne Dioden und nicht nur eine.

Es gibt hier eine schöne Suchmaschine, die man füttern kann. Man(n) muss nur Lust zum Suchen und Lesen haben. Also viel Erfolg bei Deinem Studium!

An Lust mangelt's nicht. Ich habe allerdings (noch) nicht viel Wissen über Laser und muss mich nun (nach Kauf) schnell schlau machen, ob ich bessere Spezifikationen von der Firma erwarten kann oder nicht.

[jan23]

Erst schlau machen dann Kaufen.
Spart man sich Geld.

[tracky]

i.d.R. müssen normale Dioden für Rot und Blau nur ausreichend mit Metall gekühlt werden, ein TEC kann hier aber auch eine gute Investition sein, um die Dioden optimal auf Temperatur zu halten. Bei DPSS Lasern, welche mit Verdoppler Kristallen arbeiten, müssen TEC's für eine gute Stabilität der optischen Ausgangsleistung verbaut sein. Das Problem sind die unterschiedlichen optimalen Temperaturen für die Komponenten. LD mit einer Pumpwellenlänge von 808nm arbeiten bei ca. 25°C optimal, wobei die Kristalle wiederum 35°C bevorzugen. Wenn die LD einer Temperaturdrift unterliegt verschiebt sich die Wellenlänge, sodass der Kristall nicht mehr mit den benötigten 808nm gepumpt wird. Das hat Leistungseinbrüche und Modensprünge zur Folge. Daher die TEC's unter den Komponenten!

[andythemechanic]

Hallo,

also um dir helfen zu können müsste man eigentlich erstmal wissen was es für Laser genau sind und wie diese betrieben werden.
Bei 405nm und 635nm tippe ich auf Laserdioden. Da sind solche Sprünge eher untypisch es sei denn der Treiber ist schlecht.
Bei 473nm tippe ich auf einen DPSS Laser da sind thermische Probleme die zu instabiler Modulation führen nicht selten.
Faserkopplung hat auch wieder ihre Tücken, da die Koppeleffizienz in die Faser auch eine thermische Abhängigkeit haben kann.
Am besten du verlinkst hier mal ein Datenblatt deines Lasers.
2Khz Modulation kann auch bedeuten das man den Laser im eingeschwungenen Zustand so schnell modulieren kann. D.h. du kannst ihn mit einem Sinus bei der Geschwindigkeit modulieren und nach einer bestimmten Einschwingzeit wird der Laser diesen Sinus auch wiedergeben.

Grüße
Andreas

[Tidi]

Erst schlau machen dann Kaufen.
Spart man sich Geld.

@ jan23: Ja, ja, wer den Schaden hat, braucht für den Spott nicht zu sorgen.

@ Andreas und Sven: Vielen Dank für Eure hilfreichen Antworten. Zu Andreas' Anregung:

Am besten du verlinkst hier mal ein Datenblatt deines Lasers.

Der Laser ist ein Tri-wavelength Laser von http://www.ikecool.com (gebaut nach Kundenspezifikationen) und kam leider nur mit einem spärlichen Datenblatt:

IKE-405-473-635-20-OP tri-wavelength laser
20 mW for 405
20 mW for 473
15 mW for 635
Analog (0-2kHz) modulation
Adjustable power output
Digital current display
Built-in optic fiber (100 um diameter)
Beam Mode: TEM_00
Power Stability: <5% (over 2 hours)
Warm up time: <15 minutes
LD Drive Currents: 405nm-160mA, 473nm-690mA, 635nm-105mA

Wie Andreas schon schrieb, denke ich auch, dass 405 und 635 Laserdioden sind und 473 ein DPSS Laser ist.

Es ist echt der Wurm drin mit diesem Laser. Ich hatte ihn schon im Februar aus Kalifornien geliefert bekommen, aber da war der 473 nm Laser kaputt (transportbedingt) und das 635 drive board hatte einen Fehler (Laser ließ sich bei 0V nicht komplett ausstellen). Nun habe ich das "reparierte" Gerät, aber es erfüllt immer noch noch nicht die gewünschten Spezifikationen.

2Khz Modulation kann auch bedeuten das man den Laser im eingeschwungenen Zustand so schnell modulieren kann. D.h. du kannst ihn mit einem Sinus bei der Geschwindigkeit modulieren und nach einer bestimmten Einschwingzeit wird der Laser diesen Sinus auch wiedergeben.

Ah, OK. Ich habe die Angabe anders verstanden. Ich hatte damals vor Bestellung meine Anwendung mit der Firma besprochen (kurze 100 ms Pulse mit langen Pausen dazwischen).

[Hatschi]

Halli Hallo und willkommen

Darf ich fragen wofür du den Laser benötigst?

Mit 405 und 635nm darf es von der Diode her keine Probleme bei 100ms geben, bestenfallst von einem schlecht designten LD-Treiber.

Der DPSS macht da schon mehr Sorgen und ich frage mich wiklich, ob man das, gerade bei 473nm mit vertretbarem (finanziellen) Aufwand hinbekommt.

Die idealste Lösung währe auch bei dieser Wellenlänge eine LD zu verwenden welche es mit deiner benötigten Leistung auch gibt.

Haschi

[Tidi]

Darf ich fragen wofür du den Laser benötigst?

Ich arbeite in einem biologischen Forschungs-Labor und benötige den Laser um Proteine zu schalten. Wir modifizieren Zellen, so dass sie Eiweiße herstellen, die sich durch Licht einer bestimmten Wellenlänge schalten lassen. Diese licht-geschalteten Eiweiße sind Ionen-Kanäle, die in der Zellmembran sitzen. So läßt sich durch Licht das elektrische Potential über der Zellmembran steuern. Die Eiweiße verändern das Membranpotential relativ schnell (tau=10-40 ms). Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Optogenetik

Mit 405 und 635nm darf es von der Diode her keine Probleme bei 100ms geben, bestenfallst von einem schlecht designten LD-Treiber.

Danke für Deine Einschätzung, Hatschi.

[guido]

Wir modifizieren Zellen, so dass sie Eiweiße herstellen, die sich durch Licht einer
bestimmten Wellenlänge schalten lassen.

Laser 2 Insulin würde Nobby und mich freuen
Pro Milliwatt eine BE

[nr_lightning]

Das wäre ein Traum für Norbert glaube ich ....
Das gäb eine unglaubliche menge neuer Shows für Dynamics Guido

Zum Thema Grün und seine Modulationsprobleme, da würde mit sicherheit ein Grüner Diodenlaser weiterhelfen nichtwahr !?

Gruß Nico

[tracky]

Nico, Du und ich haben sich verlesen. . . Es handelt sich lt. seiner Aussage um einen 20mW 473nm DPSS. Sehr komische Zusammenstellung, 405nm, 473nm und 635nm

[nr_lightning]

ohhhh... Ok Sorry

aber ggf. gibt es auch bald eine 473nm Diodenlösung!

Gruss

[hiq]

Wir modifizieren Zellen, so dass sie Eiweiße herstellen, die sich durch Licht einer
bestimmten Wellenlänge schalten lassen.

Laser 2 Insulin würde Nobby und mich freuen
Pro Milliwatt eine BE

Ach noch 2 Leidensgenossen...

*klugscheißermodusan*
Meinst aber eher eine IE, nicht?!
*klugscheißermodusaus*

[guido]

HiQ,

nein, das war schon richtig so, wir fressen das Licht

[andythemechanic]

Also die Dioden sollten auf jeden Fall diese Modulation können, da müssen die Treiber schon grottenschlecht sein. Der blaue 473nm naja, der wird seine Aufwärmphase brauchen.
Was mir noch auffällt: bei 405nm braucht der Laser 160mA für 20mW aus der Faser das ist schon extrem schlecht. In eine 100µm Faser sollte man mit dem Laser um mindestens 80% Koppeleffizienz liegen. Selbst bei nur 50% entspräche das nur 50mW aus der Diode wofür eigentlich um die 50mA ausreichen sollten.
Eine Frage: kannst du bei dem Modul die einzelnen Farben einzeln ansprechen? Dann solltest du die Messung mal für jede einzelne Farbe machen. Sind sie alle gleich schlecht dann zurück zum Hersteller mit dem Teil. Is nur 473nm schlecht wirst du evtl damit leben müssen oder viel Geld für einen stabileren Laser ausgeben. Evtl kannst du deine Proteine ja auch mit 445nm schalten, das gibts günstiger als Diode.
Darf man mal fragen was du für den Laser bezahlt hast?
Und wo kommst du her?Evtl kann die ja ein Laserfreak bei der verbesserung helfen, wenn es der Hersteller nicht kann.

Grüße
Andreas

[Tidi]

Laser 2 Insulin? Können wir dran arbeiten. Aber pro Milliwatt eine IE wird leichter als eine BE. Allerdings wird's schwierig. Gentechnik funktioniert im Menschen ja noch nicht so gut, Ist ja auch ethisch ein Problem

Was mir noch auffällt: bei 405nm braucht der Laser 160mA für 20mW aus der Faser das ist schon extrem schlecht. In eine 100µm Faser sollte man mit dem Laser um mindestens 80% Koppeleffizienz liegen. Selbst bei nur 50% entspräche das nur 50mW aus der Diode wofür eigentlich um die 50mA ausreichen sollten.

Laut Datenblatt soll er bei 160mA 20mW machen, allerdings ist der Wert den ich messe sogar noch niedriger, 5 mW. Ich kann den Strom hochdrehen, allerdings ist im Datenblatt ein current limit von 200 mA angegeben.

Eine Frage: kannst du bei dem Modul die einzelnen Farben einzeln ansprechen? Dann solltest du die Messung mal für jede einzelne Farbe machen.

Ja. Jeder Laser hat seinen Analog-Eingang. Die Messungen die ich gepostet habe waren jeweils nur für einen Laser zur Zeit.

Darf man mal fragen was du für den Laser bezahlt hast?
Und wo kommst du her?

Mehrere Tausend Dollar. Ich bin in Freiburg.

Evtl kann die ja ein Laserfreak bei der verbesserung helfen, wenn es der Hersteller nicht kann.

Das wäre super. Ich muss das dann aber mit der Firma vorher klarstellen.

Sind sie alle gleich schlecht dann zurück zum Hersteller mit dem Teil. Is nur 473nm schlecht wirst du evtl damit leben müssen oder viel Geld für einen stabileren Laser ausgeben.

Tja, ich fürchte Du hast recht. Ich muss ihn wohl schweren Herzens wieder zurückschicken. Ich habe die Firma kontaktiert. Sie schlug vor, dass ich mal probieren soll, die Laser für 20 Minuten auf voller Leistung (5V) zu lassen (stand so nicht in der Anleitung). Die Laser sind dann tatsächlich stabiler (siehe 1.Bild unten), aber immer noch nicht stabil genug. Ich verstehe auch nicht, wieso das 20-minütige 5V Signal die Lösung sein kann. Denn wenn man danach eine Weile lang 0V appliziert würde er sich ja wieder dejustieren und wieder instabil sein, so dass die Stabilität wieder vom Stimulus-Muster abhängen würde.

Da die Messungen mit dem Power-Meter zeitlich unpräzise sind (tau ca. 50 ms), habe ich die Laser mit einer High-Speed Kamera vermessen (1000 frames pro Sekunde). Der Intensitätswechsel ist -gottseidank- abrupt, aber leider 4 ms zu spät (siehe 2. Bild unten).

Könnte die Raumtemparatur bei 26.2 Grad Celsius die Instabilität meines Lasers auslösen? Er arbeitet laut Datenblatt bei 20-25 Grad optimal.

[tracky]

Für physikalische Anwendung empfiehlt sich generell ein Rauscharmer Laser höchster Güte (für physikalische Anwendungne). Diese Kosten jedoch das 10fache Deines Lasers. Schick zurück und lasse Dir das Geld wiedergeben. Vielleicht solltest Du an Eigenbau denken. Gute Einzelmodule kaufen und zusammenführen. Welche Wellenlängen sind denn für Deine Arbeit wichtig? Dann könnte man so in etwas über eine Gesammtsumme nachdenken.

[Hatschi]

Halli Hallo

Wie schon oben beschrieben bekomsmt du 473nm auch als LD, nicht gerade billig, aber perfekt zum Modulieren. http://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm? ... HA210APAE1

Hatschi

[Tidi]

Vielen Dank für die Eure Hilfe!
Wir haben den Laser letztes Jahr zurück geschickt, da er die Spezifikationen nicht erfüllt hat. Es war zwar eine kalifornische Firma, aber die haben scheinbar (Billig-) Laser aus China verbaut. Mittlerweile haben wir ein MLE Lasersystem von Toptica gekauft und sind damit glücklich.