Wichtiges Problem bzgl. selbst konstruiertem Linienlaser (450nm)

[Laserbastler1904]

Hallo ihr lieben Laserfreaks,

ich habe mich spontan in diesem Forum angemeldet, da ich selbst keine Antwort auf mein Problem finden konnte.


Aktueller Stand:

Ich habe vor gewisser Zeit einen eigenen Linienlaser entwickelt/konstruiert.
Die Konstruktion basiert auf einem 3-teiligen Messinggeäuse, bei dem eine asphärische Linse und eine Powell-Linse zum Einsatz kommen.
Bei der verwendenten Laserdiode handelt ist es sich um eine OSRAM PLT5 450B.

Die vom Laser projizierte Laserlinie entspricht meinen Vorstellungen. Sie ist scharf (fokussierbar), hat eine homogene Intensitätsverteilung und ist hinreichend gerade.

Ich habe die Linienlaser für die Anwendung in weiteres Gehäuse mit Sichtfenster eingebaut. Das Gehäuse ist mindestens IP 54.


Problembeschreibung:

Nach ca. 3 Wochen Dauerbetrieb verändert sich die projizierte Laserlinie. Diese wird unscharf und spaltet sich in viele Teile auf (siehe Abbildung).

https://picload.org/view/dcirgdla/img_2 ... 4.jpg.html

Ich habe daraufhin den Laser ausgebaut und geöffnet und die Laserdiode unter dem Mikroskop angeschaut.
Es ließ sich sehr schnell erkennen, dass sich auf der Laserdiode ein Belag abgesetzt hat, der die Strahlqualität des Lichtkegels der Laserdiode negativ beeinflusst. Anbei ein Bild der Mikroskopaufnahme:

https://picload.org/view/dcirgdio/diode123124.png.html

Nach dem Entfernen des Belags (warscheinlich Kohlenstoffverbindung), und dem nachträglichen Zusammmenbau war die projizierte Laserlinie wieder perfekt.

Ich habe zusätzlich das Gehäuse inkl aller Komponenten gründlich im Ultraschallbad mit Isopropanol gereinigt und anschließend wieder in Betrieb genommen.

Nach 3 Wochen Dauerbetrieb stellte sich nun erneut dieses Problem wieder ein.

Zusatz:

Ich kann diesen Effekt nur reproduzieren bzw. auch beschleunigen, wenn ich den Laser bei einer Umgebungstemperatur von 50° und zusätzlich ca. 90% Luftfeuchtigkeit in Betrieb nehme. Dann stellt sich dieser Effekt schon nach 4-5 Tagen Dauerbetrieb ein.

Frage:

Hat hier jemand schonmal einen ähnlichen Effekt beobachtet?
Könnte der Belag von der Wärmeleitpaste unterhalb der Diode kommen?
Liegt es am Messing als Gehäusematerial?
Die anderen optischen Komponenten sind mit UV-Kleber (ausgelegt für Anwendungen in der Optik) fixiert. Kann der UV-Kleber zu solchen Effekten führen?
Zur Zentrierung der Diode im Gehäuse habe ich diese über einen kleinen Polyamidschlauch in die Öffnung gepresst.
Kann das Polymid, welches sich mit der Diode ebenfalls aufheizt, so etwas Hervorrufen?

Anbei noch eine Schnittzeichnung des Lasers, eventuell ist da ja ein konstruktionstechnischer Fehler?

https://picload.org/view/dcirgaoa/laser ... t.png.html


Ich möchte mich im Voraus bei den Leuten bedanken die mir bei diesem Problem weiterhelfen können.
Gerne setzte ich auch kreative Ideen zum Debuggen des Problems um!

Mfg der Laserbastler1904

[VDX]

... das sieht stark nach Kondensat aus - irgendwas gast aslo aus und wird an der kühleren(?) Glasscheibe der Diode abgeschieden.

Versuch evtl. mal, die Diode nochmal mit einem dünnen draufgesteckten Metallröhrchen abzudichten ...

Viktor

[ulihuber]

Polyamid hat in jedem Fall eine hohe Wasseraufnahme. Das kann schon zu Kondensat führen.
Wärmeleitpaste ist ggf. auch nicht der Hit. Indiumfolie wäre besser.

Gruß
Uli

[VDX]

... und vermeide auf jeden Fall, die Diode auf über 30°C zu heizen! - dann "altert" die ziemlich schnell

Andererseits ist sie dann evtl. auch das kühlste Teil in einem beheizten Aufbau, so daß dann alles mögliche daran kondensiert ... also brauchst du einen "abgedichteten" Raum vor dem Fenster und/oder eine gute Entlüftung ...

Viktor

*** EDIT ***

Ich kann diesen Effekt nur reproduzieren bzw. auch beschleunigen, wenn ich den Laser bei einer Umgebungstemperatur von 50° und zusätzlich ca. 90% Luftfeuchtigkeit in Betrieb nehme. Dann stellt sich dieser Effekt schon nach 4-5 Tagen Dauerbetrieb ein.

... ist dabei evtl. schon irgendwas in Richtung "Laser-Kühlung" wirksam? - das Kondensat scheint sich nur im Bereich des aus dem Fenster austretenden Strahls anzusammeln

[Laserbastler1904]

Zunächst mal danke für die schnelle Antwort!

Es wird sich dabei sicher um Kondensat handeln! Der Laser wird nicht aktiv gekühlt, dieser ist lediglich in einem massiven 20mm Alu Klemmflansch montiert, welcher wiederrumm in einem Alu-Strangpressgehäuse montiert ist. Die Gehäusedeckel/Sichtfenster sind mit Flachdichtungen versehen, leider ist ein IP67+ mit dieser Hardware nicht zu realisieren. Leider sind die Umgebungsbedinungen in welchem der Laser zum Einsatz kommt, alles andere als optimal. Gerne kommen in diesem Raum mal Temperaturen im Bereich von 50° bei einer Luftfeuchtigkeit von 95% vor (hat was von einer finnischen Dampfsauna). Zudem herrschen in dem Raum einmal wöchentlich für 24h nur Zimmertemperatur und "normale" Luftfeuchtigkeit. Der Temperatursensor auf dem Lasertreiber meldet mir im Feld ca. 40°C - 45°C
Ich kann mir vorstellen, dass es während des Aufheitsvorgangs im Messraum deutlich wärmer ist als die Laserdiode und sich somit schneller Kondensat bilden kann.

Ich werde im ersten Schritt mal den Polymidschlauch weglassen und danach das Gehäuse des Lasers soweit wie möglich abdichten und einen erneuten Versuch starten! Wie du schon sagtest ist die einzige Stelle an der sich das Kondensat sammelt, das Austrittsfenster der Laserdiode.

[guido]

Es war bei DPSS Lasern durchaus üblich das Gehäuse mir einer rundumlaufenden Dichtung zu versehen , mit einem Edelgas zu spülen und dann zu verschließen. Dann kann nix kondensieren. Etwas mehr Aufwand beim Gehäuse aber das Ergebnis wäre dann halt da...

Die Kühlung muss man dann natürlich neu überdenken. Bei 50 Grad im Raum über längere Zeit ist eine TEC Kühlung mangels Delta T am Ende.

[VDX]

... wir haben bei sowas meist eine externe Wasserkühlung aufgebaut - das "krasseste" war eine Kamera in einem Schlot mit um die 800°C Umgebungstemperatur

Viktor

[dyak]

Ich würde vermuten das es die Wärmeleitpaste ist. Ist die Wärmeleitpaste Silikonfrei?
Aus Erfahrung weiß ich, dass die Auswahl der Wärmeleitpaste kritisch ist und dort einige aufgrund von Ausgasungen nicht funktionieren.